Objectifs. Les substituts vasculaires synthétiques sont à l’origine de nombreux échecs pour le remplacement des vaisseaux de petit calibre. L'émergence de l'ingénierie vasculaire ouvre des perspectives face à ce problème de santé publique. Le chitosane, polymère naturel, peut être utilisé comme matrice en ingénierie vasculaire. L'objectif de cette thèse était de produire des hydrogels de chitosane et d’étudier les propriétés mécaniques, biologiques et la biointégration. Matériel et Méthodes. Les hydrogels ont été caractérisés mécaniquement in vitro. En augmentant la concentration en chitosane, la résistance à la suture, à l’éclatement et les modules élastiques augmentaient de manière significative. Une série d'expériences, allant de l’évaluation in vitro à l’analyse in vivo de la biocompatibilité a été réalisée. In vitro, les hydrogels permettaient la prolifération des progéniteurs endothéliaux (EPCs) et étaient hémocompatibles. In vivo, les hydrogels n’étaient pas résorbés après 60 jours, dans un modèle d'implantation hétérotopique chez le rat. De plus, la biointégration du chitosane a été étudiée. In vitro, l’endothélium à la surface des hydrogels se comportait comme celui d’un vaisseau natif. In vivo, les hydrogels de chitosane étaient capables de moduler la réponse inflammatoire, dans un modèle d'implantation ectopique chez le rat, en favorisant la polarisation des macrophages vers le phénotype M2. Enfin, 2 tubes de chitosane ont été implantés avec succès pour des pontages carotidiens pendant 3 jours chez le mouton. Conclusion. En modulant la concentration de chitosane, nous avons produit des matrices avec des propriétés adaptées pour l’ingénierie vasculaire. / Aims. Vascular grafts made of synthetic polymers perform poorly in small-diameter applications. Consequently, there is strong clinical to produce small caliber vessels with better patency. The emergence of vascular engineering opens new possibilities. Chitosan, a natural polymer, can provide a scaffold for vascular engineering. The goal of this thesis was to produce chitosan-based hydrogels and to assess their biological and mechanical properties and their biointegration. Methods and Results. Hydrogels were mechanically characterized in vitro. By increasing chitosan concentration, suture retention value, average burst strength and elastic moduli increased significantly. A series of experiments ranging from in vitro biocompatibility tests to in vivo studies was performed. In vitro, chitosan supported human endothelial progenitor cells (EPCs) proliferation and was hemocompatible. In vivo, no resorption of chitosan was observed in a rat heterotopic implantation model. In addition biointegration of chitosan hydrogels were investigated. In vitro, chitosan endothelialized with EPCs behave as a native endothelium. In vivo, chitosan hydrogels were able of modulating the inflammatory response of injured host tissue by favouring polarization of macrophages towards the beneficial M2 phenotype in a rat ectopic implantation model. Finally, as a proof of concept, 2 chitosan tubes were implanted successfully as carotid interposition grafts for 3 days in sheep. Conclusion. By modulating chitosan concentration, we produced scaffolds with suitable properties to be implanted in vivo.

Cette thèse est centrée sur la synthèse, la caractérisation, la fonctionnalisation et les études in vitro et in vivo de différents types de nanoparticules (NPs) de très petite taille (NPs de silicium ; « carbon dots » ; NPs de cobalt couvertes de silice) qui présentent une luminescence ou des propriétés magnétiques et qui peuvent être fonctionnalisées par des liaisons covalentes. Tous les systèmes étudiés sont très intéressants pour l'imagerie multimodale in vivo, ce qui nécessite l'ancrage stable de fonctionnalités multiples sur une seule plate-forme nanométrique. Dans cette perspective, les NPs ont été fonctionnalisées avec des groupements amine et, puis, couplées avec des colorants ou des marqueurs radioactifs afin d'effectuer, in vivo, de l’imagerie optique ou de tomographie d'émission des positrons. Lorsqu’elles sont étudiées in vitro, les NPs ont présenté une cytotoxicité très faible. Les expériences in vivo ont donné des résultats très prometteurs puisque les NPs ont été excrétées par le corps en très peu de temps, principalement par un mécanisme de clairance rénale, avec une faible accumulation dans les organes. / This thesis focuses on the synthesis, characterization, functionalization and in vitro and in vivo investigation of different kinds of ultrasmall nanoparticles (silicon nanoparticles: Si NPs; carbon dots: CQDs; silica-coated cobalt NPs: Co@SiO2 NPs) which exhibit luminescence or magnetic properties and can be functionalized through covalent bonds. All the systems studied are very attractive for in vivo multimodal imaging, which requires the stable anchoring of multiple functionalities on a single nano-sized platform. In this perspective, nanoparticles were functionalized with amine-moieties and, subsequently, coupled with dyes or radiolabels in order to perform in vivo optical or positron emission tomography imaging. When tested in vitro, ultrasmall nanoparticles showed very low cytotoxicity. In vivo experiments gave very promising results since nanoparticles were excreted from the body in short times, mainly through a renal clearance mechanism, with low accumulation in organs.

De nombreux dispositifs médicaux implantables sont utilisés chaque jour. Le contrôle de l'interface du dispositif avec les tissus vivants environnants doit encore être amélioré. De nombreux dispositifs médicaux implantés dans le corps sont le siège d’une ou plusieurs complications graves, telles que l'infection ou la thrombose. C’est notamment le cas des cathéters intraveineux. Dans ce contexte, nous avons cherché à développer une stratégie permettant de réduire les complications associées à leur utilisation, via l’immobilisation covalente de polymères sur les matériaux utilisés en implantation (polyuréthane). La réactivité des uréthanes a d’abord été étudiée, permettant d’identifier la réaction de transcarbamoylation comme outil efficace de modification des uréthanes et polyuréthanes en conditions douces. La réaction entre des poly(éthylène glycol) et la surface de polyuréthane, catalysée par des bases, a permis de rendre les surfaces de PU hydrophiles. Les conditions de modification ont été optimisées. Les surfaces ont été analysées: angle de contact, spectrométrie infrarouge, XPS et TOF-SIMS. Les surfaces modifiées ont montrées d’excellentes propriétés antiadhésives avec une diminution significative de l’adsorption protéique, de l’adhésion de cellules, de plaquettes et de bactéries. Les propriétés des surfaces modifiées ont été évaluées et comparées à d’autres systèmes. Cette stratégie est prometteuse pour la modification en une étape de surfaces de polyuréthane. Les tests in vitro montrent le potentiel de cette modification de surface pour obtenir un polyuréthane ayant une biocompatibilité accrue. / Many implantable medical devices (stents, catheters, cardiac valves…) are used everyday in many domains. The control of the interface between the medical device and the surrounding tissue is still to be improved. Many implanted devices are facing serious complications following implantation such as infections or thrombosis. These problematics are especially present for intravenous catheters used to administrate drugs. In this context, we investigated a way to strongly limit the problematics associated with their implantation, by covalently binding polymers at the surface, to reduce protein adsorption and cell adhesion on the materials used in implantation (polyurethane). The reactivity of urethanes was first studied, it allowed identifying the transcarbamoylation reaction as an efficient tool to modify urethanes and polyurethanes in soft reaction conditions. The reaction of poly (ethylene glycol) and the polyurethane surface, catalyzed by bases, allowed us to get hydrophilic polyurethane surfaces. Modification conditions were optimized to obtain a good covering of the surface with PEG. Surfaces were analyzed: contact angle, profilometry, infrared spectroscopy, XPS and TOF-SIMS. Modified surfaces showed excellent antiadhesive properties with a strong reduction of protein adsorption, cell and bacterial adhesion. The properties of modified surfaces were evaluated and compared to other systems. This strategy of modification is promising to allow one step modification of polyurethane surfaces. In vitro tests show the potential of this surface modification technique to obtain a polyurethane with enhance biocompatibility.

L’objet de ce travail est l’étude de la biocompatibilité in vitro des matériaux à base de COC, afin d’évaluer leur potentiel de biomatériaux implantables.Cette évaluation est réalisée par le suivi de plusieurs paramètres : viabilité cellulaire/cytotoxicité, évaluation des phénomènes de stress oxydant, inflammatoires et hémocompatibilité. Une relation entre ces réponses biologiques et les propriétés physico chimiques des matériaux étudiés a été appréhendée.Les résultats montrent une bonne biocompatibilité des films testés avec un impact significatif de la présence des additifs (anti-oxydant et lubrifiant) sur les paramètres biologiques et physico-chimiques évalués.L’effet simulé du vieillissement biologique de ces matériaux sur leur biocompatibilité et leurs caractères physico-chimiques a également été étudié. Des conditions de pH et d’oxydation extrêmes, ainsi que le contact avec des macrophages pendant 1 mois, ont un effet sur la surface et sur l’interaction des films de COC avec l’environnement biologique sans compromettre leur biocompatbilité. La présence d’additifs a également eu un impact sur ces modifications.En suivant une logique de management du risque, la systématisation de l’ensemble des méthodes développées a permis d’obtenir une approche simplifiée et validée au sein du laboratoire, applicable à l’ensemble des matériaux naturels ou synthétiques susceptibles d’être utilisés dans la fabrication des DM implantables / Abstract : The purpose of this work is the study of the in vitro biocompatibility of COC-based materials in order to evaluate their potential as implantable biomaterials.This evaluation is carried out by monitoring several parameters: cell viability / cytotoxicity, evaluation of oxidative stress, inflammatory reactions and hemocompatibility. A relationship between these biological responses and physicochemical properties of the studied materials has been apprehended.Results show a good biocompatibility of the tested films with a significant impact of the presence of additives (anti-oxidant and lubricant) on the evaluated biological and physicochemical parameters.The simulated effect of biological aging of these materials on their biocompatibility and physico-chemical characteristics has also been studied. Extreme pH and oxidation conditions, as well as contact with macrophages during 1 month, affect the surface and interaction of COC films with the biological environment without compromising their biocompatibility. The presence of additives also had an impact on these changes.Following a risk management logic, the systematization of the developed methods within the laboratory made it possible to obtain a simplified and validated approach, applicable to all natural or synthetic materials that could be used for manufacturing implantable medical devices.

L'étude des films de Langmuir revêt un intérêt tant académique que technologique. D'un point de vue fondamental, les films de Langmuir consituent des systèmes modèles s'organisant à une interface idéalement lisse. Cette approche permet le contrôle, et donc une meilleure compréhension, de plusieurs facteurs affectant l'organisation des polymères aux interfaces. Le transfert de ces mono-couches moléculaires sur substrat solide (films de Langmuir-Blodgett), constitue une méthode simple mais puissante de production de surfaces nano-structurées. L'étude des films de Langmuir et de Langmuir-Blodgett de l'oxyde de polyéthylène (PEO) et de ses copolymères non-ioniques fait l'objet du présent travail et les intérêts sont multiples. Le PEO est un monde en soi, présentant plusieurs singularités dont le pourquoi reste encore à définir. Le comportement de ses copolymères blocs aux interfaces revêt une importance cruciale en raison du nombre impressionnant de domaines d'applications dans lesquels on les retrouve : enduits dentaires, shampoings, peintures, médicaments, nettoyants, agents dispersants, aliments et, depuis peu, agents nano-structurants. La biocompatibilité des copolymères triblocs composés de PEO et d'oxyde de polypropylène (PPO) répondant à la formule PEOn-PPOm-PEOn a donné lieu au développement de nombreuses formulations pharmaceutiques. De plus, il a été vérifié à maintes reprises que les surfaces enduites de PEO-PPO-PEO inhibent l'adhésion protéique, quoique la nature de la conformation d'efficacité maximale n'ait pas encore été déterminée. Par ailleurs, il a été démontré que les copolymères avec polystyrène (PS) de type PS/PEO forment un nouveau type de micelles en deux dimensions à l'interface air/eau, mais à notre connaissance, aucun modèle quantitatif n'avait à ce jour été proposé pour en prédire la stabilité et le nombre d'agrégation. Des films de Langmuir de PEO, PPO, PEO-PPO-PEO et PEO-PS-PEO ont été étudiés par manométrie de surface, microscopie à angle de Brewster et microscopie à force atomique, en combinaison avec les théories de des Cloizeaux et de de Germes. Les résultats indiquent qu'à faible recouvrement de surface, le PEO et le PPO sont tous deux en régime strictement bi-dimensionnel, ainsi qu'en condition de bon solvant à l'interface air/eau. À plus grande concentration, il y a développement d'hélices 11/2 en sous-phase dans le cas du PEO, et de fondu en deux dimensions dans le cas du PPO. Un nouvel éclairage à l'interprétation des isothermes des films de Langmuir des copolymères blocs PEO-PPO-PEO est proposé. Pour les copolymères blocs PEO-PS-PEO, un phénomène de micellisation, se produisant dès la déposition du copolymère à l'interface air/eau, donne lieu à la formation d'agrégats de surface. La taille et la morphologie de ces agrégats dépendent fortement du rapport de monomères styrène(S)/(oxyde d'étylene)(EO). Un modèle simple a été développé, permettant de prédire le nombre d'agrégation des micelles de surface circulaires PEO-PS-PEO. Des états métastables peuvent se former à l'interface, mais ils sont sensibles aux pressions de transfert et au démouillage lorsque transférés sur mica. Le modèle a été étendu aux copolymères diblocs PS-PEO et validé à l'aide de données expérimentales déjà existantes.

Depuis trente ans, des efforts ont été menés dans le domaine de l'ingénierie des matériaux afin de concevoir des appareils médicaux pouvant être en contact avec les tissus humains. Néanmoins l'interaction entre la surface du matériau et l'environnement physiologique entraine la plupart du temps des complications. Le laboratoire d'ingénierie des surfaces est spécialisé dans l'élaboration de surfaces biomimétiques capables d'interagir de manière proactive avec leur environnement. Pour des applications cardiovasculaires, une des stratégies consiste à utiliser des protéines de la matrice extracellulaire, comme la fibronectine, connue pour la promotion de l'adhésion des cellules endothéliales. Dans ce contexte, parce que la bioactivité de la fibronectine est fortement liée à sa conformation, l'objectif est de comparer différentes stratégies d'immobilisation en caractérisant la quantité de fibronectine immobilisée ainsi que son activité biologique. Les précédentes études menées au laboratoire ont souligné le fait que la fibronectine immobilisée par les cystéines présente une meilleur bioactivité que lorsque celle-ci est immobilisée par les groupements lysines qu'elle contient. L'actuel projet porte sur l'étude de l'influence de l'utilisation d'un bras d'ancrage hydrophile ou hydrophobe entre la protéine et la surface sur la bioactivité de la protéine. Les résultats ont d'une part montré l'efficacité des bras d'ancrage dans l'immobilisation de la fibronectine et d'autre part les limites de leur utilisation pour une étude comparative portant sur la quantification et la bioactivité de la protéine.

La membrane cellulaire est un environnement très dynamique où diffusent plusieurs familles de protéines. Pour assurer la communication entre neurones, certains récepteurs membranaires diffusant librement doivent être stabilisés aux jonctions de communication neuronales: les synapses. Des changements dans le comportement diffusif de ces récepteurs induisent des variations de leurs populations à la synapse. La capacité d'observer ces protéines diffuser individuellement est donc importante pour mieux comprendre certains mécanismes cellulaires associés au fonctionnement du système nerveux. Alors que les fluorophores organiques (Alexa, Atto, ...) et génétiquement encodées (GFP, RFP, ...) photoblanchissent rapidement, les nanocristaux semi-conducteurs fluorescents (points quantiques: QDs) sont photo-stables, ce qui permet de suivre les protéines marquées sur de plus longues périodes. Même si la structure cristalline du QD dépasse rarement les 10nm de diamètre, la taille de la sonde fonctionnalisée, une fois équipée d'un enrobage hydrophile et de protéines d'hameçonnage, est d'environ 30 nm, limitant leur accessibilité dans la fente synaptique (environ 20 nm). De plus, la multivalence des versions commerciales des QDs fonctionnalisés pose problème, en leur permettant de lier plusieurs récepteurs à la fois. Dans ce mémoire, nous présentons donc différentes approches pour la biofonctionnalisation de petit QDs monovalents, ainsi que les principales stratégies pour marquer des récepteurs synaptiques uniques à partir de QDs. De plus, nous présentons une étude de la diffusion de récepteurs synaptiques diffusant à l'intérieur et à l'extérieur de synapses et comparons les résultats en fonction des 2 types de sondes utilisés : QDs enrobés d'anticorps et QDs enrobés de streptavidine. Ces travaux devraient contribuer à l'optimisation d'une approche pour suivre les dynamiques des récepteurs synaptiques dans des modèles de plasticité synaptique.

L'obtention de copolymères à blocs occupe maintenant une place considérable dans la chimie macromoléculaire depuis l'avènement de nouvelles techniques de polymérisations contrôlées (polymérisation anionique coordinée, polymérisation cationique. polymérisation radicalaire contrôlée, ...) en plus de la polymérisation anionique Ces polymérisations contrôlées sont le seul moyen d'obtenir des polymères bien définis et plus particulièrement des copolymères à blocs en étoile. Pour ces copolymères à blocs, le couplage de deux polymères offre l'avantage de combiner leurs propriétés souvent divergentes (des blocs hydrophiles et des blocs hydrophobes, des blocs ioniques et des blocs non ioniques, des blocs rigides et des blocs mous, des blocs amorphes et des blocs cristallins) dans une seule structure. Un intérêt croissant s'est récemment développé pour les copolymères à blocs comportant des polymères biocompatibles et des polymères fonctionnalisés. L'auto-assemblage de copolymères à blocs dans des solvants sélectifs ainsi que la micellisation des copolymères à blocs et leur efficacité en tant que stabilisants d'émulsions sont particulièrement étudiés dans la littérature. Les PDMS sont des matériaux extrêmement intéressants, car ils possèdent de nombreuses propriétés physico-chimiques comparés aux autres polymères: températures de transition vitreuse faibles (env. -120°C) très grande flexibilité de la chaîne, bonne résistance à l'oxydation, résistance thermique et aux UV hydrophobicité, biocompatibilité, haute perméabilité aux gaz et faible énergie de surface. En dépit de leurs nombreuses propriétés particulières, les homopolymères PDMS sont mécaniquement trop faibles pour être utilisés dans différentes applications pratiques. En raison de leurs grands volumes de leur faible énergie de surface et de leur haute flexibilité de chaîne, les PDMS tendent à être rejetés de la matrice quand ils sont mélangés avec d'autres polymères. Un moyen efficace d'augmenter la compatibilité de ces mélanges est de former des copolymères siloxane-polymère organique. La poly(e-caprolactone) (PCL), un polyester aliphatique linéaire, est un polymère biocompatible et biodégradable et il est bien connu pour être miscible avec une grande variété de polymères. Les copolymères à blocs basés sur le PDMS et la PCL combinent les excellentes propriétés du PDMS avec l'effet de compatibilisation de la PCL. Cela en fait d'excellents candidats comme additifs pour la modification de surface, l'encapsulation de médicaments et dans des applications en tant que biomatériaux. La première partie de ce travail de thèse porte sur la synthèse de différents copolymères diblocs (PCL-b-PDMS), triblocs (PCL-b-PDMS-b-PCL) et en étoile (PCL)2-PDMS de masses molaires variables, par polymérisation anionique coordinée de l'e-caprolactone à partir d'un macroamorceur PDMS mono- ou dihydroxylé. Les copolymères à blocs synthétisés ont été caractérisés pour montrer l'influence de leur structure (linéaire ou étoile) sur leurs propriétés thermiques (température de transition vitreuse, température et enthalpie de fusion) et leur morphologie (taux de cristallinité).Le poly(chlorure de vinyle) non plastifié (PVC) est un polymère amorphe, linéaire, thermoplastique, avec un grand intérêt commercial. Quand il est plastifié, le PVC présente des propriétés intéressantes permettant des applications dans le domaine biomédical (tubes de sang pour l'hémodialyse, tubes endotrachéales, cathéters, lentilles de contact, gants, ainsi que l'emballage pour l'entreposage des médicaments). Parmi les plastifiants polymères qui peuvent être utilisés pour le PVC, les polyesters aliphatiques sont d'un grand intérêt, en particulier la poly(e-caprolaclone). Pour conférer une hémocompatibilité il peut être ajouté à ces mélanges des polysiloxanes, en particulier des poly(dimethylsiloxanes).

L'acier inoxydable est utilisé dans de nombreuses applications biomédicales. Au contact d'un environnement biologique, des protéines s'adsorbent à la surface des aciers inoxydables. La maîtrise de la biocompatibilité nécessite la connaissance à l'échelle moléculaire de l'interaction biomolécule- surface. Nous développons une approche " bottom up " de cette interaction déclinée selon 3 axes : Complexification de la surface : Les films passifs en surface des aciers inoxydables sont composés à la fois d'oxydes de chrome et de fer et la surface α-Cr2O3 (0001) représente un modèle pertinent de ce film passif. Nous avons tout d'abord étudié l'adsorption des acides aminés (AA) sur une surface de Cr2O3 anhydre. Les acides aminés acides et basiques interagissent le plus fortement avec Cr2O3. Nous avons mis en évidence une différence de réactivité entre Cr2O3, Fe2O3 et un film de Cr2O3 enrichi en Fer en extrême surface, imputable à la structure électronique des cations Cr3+ et Fe3+. Activité de l'eau : Elle a été prise en compte en modélisant une surface hydroxylée et en extrapolant à l'interface solide liquide. L'étude de l'adsorption des AA sur une surface hydroxylée (en sphère externe) et en substitution de groupements -OH de surface a montré que seuls les acides aminés acides (Glu, Asp) peuvent s'adsorber en sphère interne. La formation de couches auto-assemblées de sphère externe est favorisée pour les acides aminés hydrophobes. Taille de la biomolécule : Dans cet optique nous avons développé une nouvelle méthodologie pour l'étude de l'adsorption de peptides sur des surfaces bien définies. Cette méthodologie est appliquée à l'exemple de l'adsorption du dipeptide de l'acide glutamique Glu2 sur Cr2O3. Une adsorption par multi-ancrage des résidus, de type sphère interne, est calculée.

La faible solubilité de certains médicaments cause des problèmes majeurs dans les formulations pharmaceutiques, puisque la solubilité dans l'eau est un critère indispensable pour la biodisponibilité. Les composés macrocycliques tels que les CDs et les calixarènes ont une cavité relativement hydrophobe, leur permettant ainsi d'encapsuler de nombreuses molécules. Les CDs ont déjà été utilisées comme excipients pharmaceutiques pour l'amélioration de la solubilité. La structure de ces macrocycles permet d'effectuer de nombreuses modifications, qui causent des changements tant au niveau de leurs caractéristiques physico-chimiques que sur leurs effets sur les organismes vivants. Ainsi, l'évaluation de la biocompatibilité de ces dérivés est primordiale en vue de leur utilisation en pharmacie. Puisque l'étude de la biocompatibilité de plusieurs dérivés de β-CD a déjà été étudiée, l'objectif de cette recherche était d'étendre ces expériences à des dérivés de l'α-CD qui sont disponibles dans le commerce. Nous nous sommes intéressés aux relations entre structure et toxicité. Ainsi les dérivés alkyl éther d'α-CD, avec des chaînes alkyle de longueur croissante et substitués sur différentes positions, ont été synthétisés et leur toxicité étudiée. Les para-sulphonato-calix[n]-arènes quant à eux, ont souvent été étudiés et ont montré une forte capacité à complexer de nombreux médicaments. Ils ont aussi démontré une activité biologique polyvalente. Néanmoins, leurs effets sur le mécanisme de transport paracellulaire n'a jamais été évaluée. Les tests de viabilité cellulaire et d'hémolyse nous ont permis d'une part de classer les α-CDs et de choisir les dérivés les plus sûrs, et d'autre part de comparer leur effets toxiques dans des systèmes différents. La comparaison des α- et ß-CDs portant les mêmes modifications chimiques nous a montré l'importance du nombre d'unités de construction. Le rapport entre l'effet cytotoxique et le nombre de groupes hydroxyles libres est également très important. Les dérivés portant de longues chaînes alkyles possèdent une faible solubilité, ce qui nous a conduits vers d'autres modifications chimiques : la sulfonation de ces derniers dérivés semble avoir un impact bénéfique sur la biocompatibilité de CDs. Elle a aussi amélioré la solubilité des calixarènes. Les calix[4] et [8]arène sulphonates ont prouvé leur effet positif sur l'absorption paracellulaire, tandis que le calix[6]arène sulphonate n'a pas eu d'effet similaire. Notre recherche conclut que les changements structurels sur les anneaux macrocycliques peuvent avoir un impact majeur sur la biocompatibilité. Comme les possibilités de modification sont pratiquement illimitées, l'évaluation de la structure et de l'activité est indispensable pour faciliter les choix les plus sûrs dans les applications pharmaceutiques à venir / The low solubility of drug candidates cause a major problem in pharmaceutical formulations, as the aqueous solubility is an indispensable criterion for appropriate bioavailability. Macrocyclic compounds possess a relatively hydrophobic cavity, which is suitable for guest molecule inclusion. Cyclodextrins and calixarenes are widely studied organic host-compounds, and CDs have already been used as pharmaceutical excipients for solubility enhancement. The macrocycles’ chemical structure allows their versatile modification, which eventuates changes not only in physicochemical characteristics, but in their effects on living organisms, as well. Thus, the biocompatibility evaluation of the derivatives is fundamental. Owing to the already performed assessment of numerous β-CD derivatives’ biocompatibility, the aim of this research was to extend these experiments to commercially available α-CDs. They have been used less frequently, however several derivatives, which have not been tested yet in vitro, have the possibility of future pharmaceutical use. Their importance is also certified by their benefits in nanoparticle formation. We have been interested in concrete structure-toxicity correlations, thus alkyl ether α-CD derivatives were synthetized bearing increasing length alkyl chains, in different positions. Para-sulphonato-calix[n]-arenes have already been widely examined due to their efficient drug complexation and versatile biological activity, however, their effects on paracellular transport mechanism have not been evaluated until now.The cell viability and hemolysis tests have allowed us to rank the α-CDs and to choose the safest derivatives, also to compare their toxic effects in different systems. The comparison of α- and β-CDs bearing the same chemical modifications highlighted the importance of the number of building units. Important information has been evaluated regarding the connection between the cytotoxic effect and the number of free hydroxyl groups. Derivatives with long alkyl chains possess low solubility, which led us towards further chemical modifications. Sulfonation seemed to have beneficial impact on the biocompatibility. Sulfonation also improved the solubility of calixarenes. C4S and C8S proved their positive effect on paracellular absorption in a non-toxic concentration range, however C6S had no similar effect, thus their behaviour in in vitro absorption model system arose forward-looking questions.Our research concludes, that the structural changes on the macrocyclic rings may have major impact on the biocompatibility. As the modification possibilities are practically unlimited, the evaluation of structure and activity cannot be avoided, facilitating the safest choice for further pharmaceutical use / A gyógyszerhatóanyagok rossz vízoldékonysága nagy kihívást jelent formulálásuk során, ugyanis a vízoldékonyság elengedhetetlen feltétele a megfelelő biohasznosulásnak. A makrociklusos vegyületek belső ürege viszonylag hidrofób, ez alkalmassá teszi őket vendégmolekulákkal való komplexképzésre. A ciklodextrinek és kalixarének széles körben tanulmányozott vegyületek, egyes CD-ek bejegyzett oldékonyságnövelő segédanyagok. A makrociklusok felépítése számos kémiai módosításra ad lehetőséget, amelyek nem csupán a fiziko-kémiai tulajdonságok változását eredményezik, hanem az élő organizmusokra kifejtett hatásokat is módosítják. Ezen származékok biokompatibilitás vizsgálata tehát elengedhetetlen. Számos β-CD származék biokompatibilitása ismert már, így kutatásunk célul tűzte ki ezen vizsgálatok α-CD-ekre történő kiterjesztését. Az α-CD-ek alkalmazása ritkább, azonban vannak származékok, amelyek in vitro vizsgálata még nem történt meg, de jelentőségük a nanopartikulum-képzésben már igazolt. A szerkezet-toxicitás összefüggések feltárása érdekében olyan alkil-éter CD származékokat szintetizáltunk, amelyek növekvő szénatomszámú alkil-csoportokkal rendelkeznek, eltérő pozíciókban. A para-szulfonáto-kalix[n]aréneket hatóanyag-komplexáló tulajdonságuk, valamint sokoldalú biológiai aktivitásuk miatt széles körben tanulmányozták már, azonban a paracelluláris anyagtranszportra gyakorolt hatásuk ezidáig még nem volt ismert. A sejtéletképességi és hemolízis vizsgálatok hozzásegítettek az egyes α-CD-ek rangsorolásához, továbbá a vegyületek különböző rendszerekben mért toxikussága is összevethetővé vált. A megegyező kémiai módosításokon átesett α- és β-CD-ek biokompatibilitása rávilágított a CD-gyűrű mértének jelentőségére. Egyértelmű összefüggést fedeztünk fel a toxicitás és a szabad hidroxil-csoportok száma között. A hosszú alkil-csoporttal rendelkező CD-ek rossz oldékonysága további kémiai módosításokat tett szükségszerűvé; a szulfát csoportok jelenléte jótékony hatással volt az oldhatóságra, és a citotoxicitásra is. A szulfatálás a kalixarének oldékonyságát is növelte. A C4S és C8S vegyületek növelték a paracelluláris felszívódás mértékét szubtoxikus koncentrációban, azonban a C6S nem mutatott hasonló hatást. Ezen eredmények további kérdéseket vetnek fel a pontos hatásmechanizmusról. Eredményeink rávilágítanak a makrociklusok szerkezetének és biokompatibilitásának összefüggéseire, valamint ezen ismeretek fontosságára annak érdekében, hogy minden formulációban a legbiztonságosabb segédanyagok legyenek alkalmazhatóak