Les molécules amphiphiles sont dotées de propriétés d’auto-organisation en solution, conduisant à une grande variété de structures que l’on peut moduler en ajustant des paramètres moléculaires. Nous nous intéressons en particulier à des amphiphiles cationiques, dont nous faisons varier la nature du contre-ion. L’utilisation de contre-ions chiraux alanine à ainsi permis de conduire à l’apparition de structures supramoléculaires chirales, dont nous avons cherché à comprendre et contrôler la formation. Des contre-ion peptidique ont également été confinés à la surface d’assemblage des ces amphiphiles, induisant des structures secondaires particulières et la formation de structures chirales elles aussi remarquables. / Abstract

De nombreuses études ont montré l'intérêt thérapeutique de molécules dérivant des microARN (inhibiteurs ou analogues) en cancérologie. Cependant avant d'espérer en faire de futurs médicaments, il est indispensable d'élaborer des systèmes permettant leur délivrance préférentielle dans les cellules cancéreuses. Dans ce travail, nous avons développé deux plateformes innovantes basées sur les microARN : la première utilise les propriétés optiques des quantum dots (QD) et est destinée à l'imagerie des microARN ; la seconde repose sur la sérum albumine humaine (SAH) et a une finalité de délivrance ciblée de microARN. La mise en place de ces plateformes a nécessité la synthèse d'une petite chimiothèque de bioconjugués lipidiques dérivés des microARN (inhibiteurs ou analogues), le but étant d'exploiter l'effet hydrophobe pour les fixer à la surface des QD (ancrage hydrophobe dans la paroi lipidique des QD) et de la SAH (interaction avec les sites de liaison aux acides gras). Dans les deux cas, différentes études incluant des caractérisations physico-chimiques (MET, DLS), des expériences in vitro (SPR) et in cellulo (microscopie de fluorescence, criblage fonctionnel, RTqPCR) ont montré la potentialité de ces nouvelles plateformes. / Exploitation of gene-silencing is a very promising strategy in human therapeutics. Several engineered small non coding RNAs (inhibitors or mimics) are already in preclinical and clinical trials. However a key impediment to the wider success of these approaches remains the specific delivery of RNA-derived molecules into cancerous cells. This work aimed at developing two innovative microRNA-based plateforms : the first one relying on quantum dots (QD) is dedicated to microRNA imaging and the second one based on human serum albumin (HSA) represents a new targeted delivery system. The implementation of both plateforms required the synthesis of a small library of microRNA derived lipidic bioconjugates (inhibitors or mimics), the aim being to exploit the hydrophobic effect for their loading on QD (hydrophobic anchoring in the hydrophobic QD surface) and on HSA (interaction with fatty acid binding sites). In both cases, different studies including physico-chemical caracterizations (TEM, DLS), in vitro (SPR) and in cellulo experiments (fluorescence microscopy, functional screening, RTqPCR) demonstrated the great promises held by these new plateforms.

Les travaux présentés dans ce manuscrit ont porté sur l'élaboration de nouveaux copolymères dibloc amphiphiles (poly(ε-caprolactone)-b-poly(méthacrylate d'oligo(éthylène glycol) méthyl éther) biodégradables, thermostimulables et susceptibles d'être employés dans des applications respectueuses de l'environnement comme le traitement des eaux contaminées. La particularité de ces copolymères provient d'une part de la différence de solubilité des deux blocs et d'autre part de l'association d'un bloc hydrophobe biodégradable à un bloc thermostimulable hydrophile. Les propriétés de ces copolymères en milieu aqueux ont ainsi été évaluées en fonction de la température. Ces composés ont été obtenus par la combinaison de deux techniques de polymérisation contrôlée en utilisant un amorceur difonctionnel. Pour cela, deux stratégies ont été testées : i) la polymérisation par ouverture de cycle (POC) de l'ε-caprolactone à partir d'un macro-amorceur de poly(méthacrylate d'oligo(éthylène glycol) méthyl éther) à terminaison OH après avoir mis au point les conditions expérimentales de la POC en comparant plusieurs catalyseurs. ii) par polymérisation radicalaire par transfert d'atome (ATRP) du méthacrylate d'oligo(éthylène glycol) amorcée à partir d'une poly(ε-caprolactone) à extrémité bromée. Les températures critiques inférieures de solubilité (LCST) de ces copolymères ont été déterminées par UV visible. Leurs comportements micellaires ont été étudiés par mesures HPPS / The development of new biodegradable diblock copolymers poly(ε-caprolactone)-b-poly[oligo(ethylene glycol)methyl ether methacrylate], which could be used in environmental friendly applications such as treatment of contaminated water has been the main goal of this work. For the preparation these copolymers, the ring-opening polymerization (ROP) and the Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) were combined by using a bifunctional initiator. The two-step route for the synthesis of these copolymers was using either ATRP or ROP as first step and the other polymerization secondly. Each polymerization was studied carefully in order to control the macromolecular parameters of the copolymers. On the one hand, the ATRP of methacrylates bearing oligo(ethylene glycol) was carried out by using poly(ε-caprolactone) with bromide end-group as macroinitiator. On the other hand, the ring opening polymerization of ε-caprolactone was initiated by the hydroxyl end-group of the poly[oligo(ethylene glycol)methyl ether methacrylate], using tin octoate, tin tetrakis(phenylethynyl) or bismuth triflate as catalysts. The Low Critical Solution Temperature (LCST) of these amphiphilic diblock copolymers in aqueous medium have been determined by UV-visible spectroscopy. Their micellar behaviors were also studied by measuring size by HPPS

Ce mémoire traite de diverses propriétés de l'interface de deux phases gonflées de membranes : les phases lamellaire(La) et éponge (L3) des systèmes lyotropes. <br> Dans un premier temps, nous étudions les instabilités et textures rencontrées dans le domaine de coexistence La-L3 par observation en microscopie optique. En particulier, nous caractérisons l'anisotropie de la tension interfaciale sigma entre les deux phases et mettons en évidence l'existence d'une orientation préférentielle theta des couches lamellaires à l'interface, correspondant à un minimum prononcé de sigma(theta). En raison de la faible rigidité de la phase lamellaire, cette propriété de l'interface conduit à la formation de défauts macroscopiques par un mécanisme proche du <> des smectiques thermotropes. Nous étudions ce phénomène dans deux situations expérimentales : la croissance libre des gouttes de phase La dans la phase L3 et la formation de réseaux réguliers de défauts dans les couches minces de phase lamellaire au contact de la phase éponge et d'un substrat de verre. <br> Nous interprétons les données expérimentales en introduisant la notion de défauts parois courbes et étendons ainsi l'approximation géométrique classique des smectiques. Nous soulignons, à travers l'étude théorique de quelques exemples, l'importance du rôle de ces parois dans l'étude des textures smectiques soumises uniquement à un ancrage fixant l'orientation des couches aux interfaces. <br> Cette partie est complétée par l'étude des instabilités de croissance dans la formation de gouttes complexes proches des bâtonnets SmA. Nous mettons ainsi en évidence l'existence d'un couplage entre des mécanismes de croissance se rattachant à la solidification des solides (dendrites...) et le <> des smectiques. <br> Enfin, dans une deuxième partie, nous discutons de modèles de l'interface pouvant expliquer ses propriétés macroscopiques. En particulier, un modèle simple d'épitaxie des deux phases à l'interface prédit l'ordre de grandeur de theta, les propriétés de la tension interfaciale et la possibilité de transitions d'orientation des couches lamellaires à l'interface. Ce dernier point est vérifié expérimentalement dans un système ferrolyotrope.

Ce travail a pour objet l'obtention et la caractérisation de nouveaux copolymères amphiphiles et d'hydrogels à hydrophilie contrôlée, à partir de polymères naturels, avec comme utilisations potentielles la vectorisation de principes actifs. En conséquence, il est donc nécessaire que les polymères utilisés pour l'obtention de ces architectures répondent à un certain nombre de contraintes, notamment être non-toxiques, biocompatibles et biodégradables. Pour ces raisons, on retient le plus souvent comme matériaux de départ des polymères naturels, en particulier les polysaccharides. Quelques polymères synthétiques répondent aussi à ces contraintes, telle que la polycaprolactone. Ainsi, le matériau de base utilisé dans ce travail est l'amidon sur lequel a été greffé soit la poly (ε-caprolactone), soit une chaîne grasse. La thèse est structurée en cinq chapitres consacrés d'une part au greffage de structures hydrophobes sur l'amidon et la formation d'hydrogels à hydrophobie modulable, d'autre part à la vectorisation de la lévofloxacine par ces composés. La première partie traite du greffage de la polycaprolactone sur l'amidon par "click chemistry" (CuAAC) entre l'amidon fonctionnalisé par des fonctions alcynes et des polycaprolactones à fonction azoture en bout de chaîne, ces dernières étant préalablement obtenues par POC de la caprolactone. Les réactions de CuAAC ont été effectuées non seulement selon les protocoles habituels, mais aussi par micro ondes. Par ailleurs, l'amidon a aussi été hydrophobisé par les méthodes usuelles d'estérification par une chaîne grasse via le chlorure de l'acide palmitoique. Les produits ainsi obtenus ont été caractérisés par RMN, IR, XPS et leur comportement dans différents solvants (solubilité, gonflement) a été étudié. Une seconde partie est consacrée à l'élaboration d'hydrogels à base d'amidon et d'amidon modifié avec des chaînes d'acides gras et de PCL par réticulation avec l'acide citrique. Afin d'atteindre les objectifs, une stratégie multifactorielle expérimentale avec deux variables indépendantes a été utilisée. La modélisation mathématique des données expérimentales permet de remonter aux paramètres physico-chimiques pertinents, montre les effets de synergie et établit les conditions d'optimisation. Une dernière partie a permis d'évaluer les cinétiques de libération de la lévofloxacine, un antibiotique de dernière génération, par les hydrogels obtenus. Les matériaux obtenus ont montré des propriétés de libération contrôlée potentiellement intéressantes. Les résultats obtenus au cours de cette thèse ont été évalués par la publication de trois articles et par dissémination des résultats au six conférences internationales.

Condensation of water vapor is an everyday phenomenon which plays an important role in power generation schemes, desalination applications and high-heat flux cooling of power electronic devices. Continuous dropwise condensation is a desirable mode of condensation in which small, highly-spherical droplets regularly form and shed off the surface before a thick liquid is formed, thereby minimizing the thermal resistance to heat transfer across the condensate layer. While difficult to induce and sustain, dropwise condensation has been shown to achieve heat and mass transfer coefficients over an order of magnitude higher than its filmwise counterpart. Superhydrophobic surfaces have been extensively studied to promote dropwise condensation with mixed results; often surfaces that are superhydrophobic to deposited droplets formed in the gas phase above the surface do not retain this behavior with condensed droplets nucleated and grown on the surface. Recently, nanostructured superhydrophobic surfaces have been developed that are robust to vapor condensation; however, these surfaces still are not ideal for condensation heat transfer due to the high thermal resistance of the vapor layer trapped underneath the droplets and the reduced footprint of direct contact between the highly-spherical droplets and the underlying substrate. This work has two main objectives. First, a comprehensive free energy based thermodynamic model is developed to better understand why traditional superhydrophobic surfaces often lose their properties when exposed to condensed droplets. The model is first validated using data from the existing literature and then extended to analyze the suitability of amphiphilic (e.g. part hydrophobic and part hydrophilic) nanostructured surfaces for condensation applications. Secondly, one of the promising amphiphilic surfaces identified by the thermodynamic model is fabricated and tested to observe condensation dynamic behavior. Two complementary visualization techniques, environmental scanning electron microscopy (ESEM) and optical (light) microscopy, are used to probe the condensation behavior and compare the performance to that of a traditional superhydrophobic surface. Observations from the condensation experiments are used to propose a new mechanism of coalescence that governs the temporal droplet size distribution on the amphiphilic nanostructured surface and continually generates fresh sites for the droplet nucleation and growth cycle that is most efficient at heat transfer.

In der vorliegenden Arbeit werden off-lattice Monte-Carlo-Simulationen von Systemen einfacher Tensidmodelle präsentiert. Die verwendeten Modellmoleküle bestehen aus einem hydrophilen Kopfsegment und zwei hydrophoben Kettensegmenten. Zwischen den Segmenten wurden square-well-Wechselwirkungen benutzt, um den Hydrophoben Effekt und andere Wechselwirkungen zu simulieren. Die Aggregation der Tensidmodelle wurde im Lösungsvolumen und an Feststoffoberflächen untersucht. In der Lösung wurden Kugelmicellen, Wurmmicellen, Bischichten und Vesikel beobachtet. Die Struktur der Aggregate wird bei der Adsorption an Feststoffoberflächen mit niedriger oder mittlerer Adsorptionsenergie nicht grundlegend verändert. An Oberflächen wurden in Abhängigkeit vom Verhältnis der Adsorptionsenergie zur Stärke des Hydrophoben Effektes verschiedene Strukturen der adsorbierten Schichten beobachtet. Eigenschaften der adsorbierten Aggregate wurden bei unterschiedlichen Oberflächenkonzentrationen ermittelt.

Thèse doctorat : Sciences pharmaceutiques : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliogr. Index.

Thèse de doctorat : Chimie : Nancy 1 : 2000. / 2000NAN10008. Titre provenant de l'écran-titre.

La dualité hydrophobe/hydrophile des molécules amphiphiles est à l'origine de leur autoassemblage en solution, sous forme de nombreuses structures supramoléculaires, telles que les micelles. Ce travail de thèse présente la formation, la caractérisation et l'étude de nouvelles micelles diacétylèniques photopolymérisables. Une première partie décrit ainsi lasynthèse de nouvelles micelles cationiques et l'étude de leur utilisation en tant qu'agent de transfert de gènes. Dans une seconde partie, nos travaux présentent l'étude de micelles polydiacétylèniques, porteuses de têtes polaires octaéthylèneglycol, comme potentiel système de délivrance de médicament. Les propriétés d'encapsulation de ces micelles ont été évaluées en présence d'un dérivé fullerène fluorescent. Puis, l'incorporation d'une sonde membranaire dans leur couronne lipophile a permis de réaliser une étude de leurs propriétés de délivrance in vitro. Une étude préliminaire de leur biodistribution in vivo a également été réalisée par tomographie à émission monophotonique grâce à la chélation d'un isotoperadioactif sur la surface des micelles. Enfin une dernière partie présente l'analyse de deux nouveaux auto-assemblages tubulaires obtenus au cours de nos travaux.