La présente étude concerne la synthèse de matériaux à base de polysaccharides d’origine naturelle. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse en milieu homogène d’esters gras de cellulose, de nature de chaîne grasse et de degré de substitution variables. Les analyses chimiques, thermiques, mécaniques et structurales de ces produits en fonction de la longueur des chaînes grasses greffées (de C8 à C18) ont démontré que l’allongement du substituant greffé influençait les propriétés étudiées. De plus, un modèle structural a été proposé pour les chaînes cellulosiques estérifiées, dans lequel ces chaînes semblent s’organiser en couches avec les substituants gras greffés totalement déployés perpendiculairement au squelette cellulosique et non enchevêtrés entre eux.Dans une seconde partie, la valorisation d’un film cellulosique a été envisagée dans le domaine médical. Le choix s’est porté sur un film de laurate de cellulose fortement substitué. Des tests biologiques de cytocompatibilité et de cytotoxicité ont été réalisés sur ce matériau à partir de différents types de cellules. Les résultats des tests in-vitro obtenus concluent à la non-toxicité de ce film, ce qui rend prometteuse son application en tant que biomatériau.Enfin, la synthèse de dérivés polysaccharidiques a été réalisée dans le but de remplacer les dérivés pétrochimiques, utilisés comme superplastifiants dans la formulation du béton. Trois polysaccharides ont été testés, avec ou sans modification chimique: la cellulose et l’amidon. Les premiers résultats indiquent que les dérivés amidonnés sulfonés semblent être de bons candidats pour la substitution de tels additifs pétrochimiques. / This study deals with the synthesis of a natural-polysaccharide-based-material. First of all, we focused on the synthesis of fatty cellulose esters in a homogeneous media, with different fatty chains and various degrees of substitution. Chemical, thermal, mechanical and structural analyses of these products revealed the influence of the grafted fatty chain length (from C8 to C18) on these properties. Moreover, a structural model was purposed for the acylated cellulosic chains, in which these chains seem to be organized in a layered type structure, and where the fatty substituents are fully extended perpendicular to the cellulosic skeleton, and without interdigitated.Then, one of these cellulosic films was studied in order to be used in a medical application. A cellulose laurate film with high degree of substitution was chosen. Biological tests such as cytocompatibility and cytotoxicity were performed on this material from different type of cells. The results of the in-vitro tests conclude to the non-toxicity of this bio-based film. These results are promising for their application of as biomaterial.Finally, the synthesis of polysaccharide derivatives was performed in order to find alternatives to petrochemical derivatives compounds, used as superplasticizers in concrete formulation. Three native or chemically-modified polysaccharides were tested: cellulose and starch. First results indicate that starch sulfonate derivatives seem to be promising candidates to the substitution of such petrochemicals additives.

INTRODUCTION. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l'adhésion leucocytaire au cours de la filtration sanguine. Les filtres sont conçus pour associer des phénomènes de tamisage et d'interaction avec des fibres synthétiques pour retenir les leucocytes et laisser passer les érythrocytes. MATERIEL ET METHODES. Afin de mieux étudier les mécanismes, nous avons réalisé deux modèles expérimentaux : le minifiltre et la chambre de perfusion. Les propriétés des leucocytes normaux et de lignée de cellules leucémiques ont été comparées en déterminant pour ces types cellulaires leur adhérence et le niveau d'expression des molécules d'adhérence par cytométrie en flux. Dans la chambre de perfusion, différents types de fibres ont été testés et l'adhésion des cellules analysée par vidéomicroscopie et analyse d'images. RESULTATS. Dans le minifiltre, nous avons pu démontrer que les leucocytes et les cellules leucémiques HL60 étaient retenues dans le filtre secondairement à une interaction entre les intégrines (CD11/CD18) et les fibres contenues dans le filtre. Le système de chambre à perfusion a permis l'étude de l'adhésion de différents types cellulaires à des fibres synthétiques chimiquement différentes. Les lignées HL60 en particulier induites par la vitamine D3 et les THP1 qui expriment le CD11/CD18 adhèrent significativement plus à deux types de fibres (PET, PI). CONCLUSION. La leucoréduction dans le filtre est en partie dépendante de l'adhérence aux fibres. L'adhérence est la conséquence d'une interaction entre les molécules d'adhésion leucocytaires et des molécules chimiques présentes sur les fibres. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour améliorer la performance et la sélectivité des filtres pour les produits sanguins.

Ce travail examine la potentielle mise à l'échelle industrielle des procédés de préparation des nanocristaux d'amidon (SNCs). Une caractérisation approfondie (morphologie, viscosité, stabilité thermique et propriétés en nanocomposites) de 5 SNCs différents montre une faible influence de la source botanique, contrairement aux nanocristaux de cellulose. L'analyse du procédé de préparation actuel des SNCs a conduit à 3 nouvelles stratégies d'optimisation et à la définition d'une nouvelle génération de SNCs. Une nouvelle application des SNCs, en emballage multicouche, montre également que les SNCs peuvent être utilisés en couchage et contribuer à diminuer la perméabilité à la vapeur d'eau de certains biopolymères. Une analyse du cycle de vie des SNCs dans ce type d'application est également proposée. Cette étude contribue donc à l'avancée de cette thématique et propose des perspectives prometteuses.

Dans le cadre de ce travail, l'objectif était d'élaborer des surfaces PVC antibactériennes. Deux types de surfaces ont été élaborés, des surfaces bactéricides visant à tuer les bactéries au contact et des surfaces antiadhésives (bactériophobes) empêchant ou limitant l'adhésion bactérienne.Pour ce faire, des copolymères porteurs de groupements cationiques bactéricides ainsi que des copolymères renfermant des structures à effets antiadhésifs de type polysaccharides ou PEG ont été synthétisés et caractérisés. Ces composés ont été ensuite greffés chimiquement par click addition sur des surfaces PVC porteuses de fonctions azoture (PVC-N3). Les propriétés physico-chimiques des nouvelles surfaces obtenues ont été caractérisées par diverses techniques (IRTF, XPS, angle de contact, AFM, microscopie confocale à fluorescence, ATG etDSC). Les propriétés bactéricides ou antiadhésives ont été évaluées à l'égard de Escherichia coli et Staphylococcus epidermidis. La microscopie confocale à fluorescence a mis en évidence le caractère hautement bactéricide des surfaces PVC cationiques via le test Live and Dead.Cette technique a aussi permis de démontrer l'effet antiadhésif de la méthyl cellulose, del'hydroxyéthyl cellulose et du PEG greffés en surface, diminuant d'au moins 10⁴ fois le nombre de bactéries adhérées par rapport aux surfaces témoins.

Ce travail examine la potentielle mise à l'échelle industrielle des procédés de préparation des nanocristaux d'amidon (SNCs). Une caractérisation approfondie (morphologie, viscosité, stabilité thermique et propriétés en nanocomposites) de 5 SNCs différents montre une faible influence de la source botanique, contrairement aux nanocristaux de cellulose. L'analyse du procédé de préparation actuel des SNCs a conduit à 3 nouvelles stratégies d'optimisation et à la définition d'une nouvelle génération de SNCs. Une nouvelle application des SNCs, en emballage multicouche, montre également que les SNCs peuvent être utilisés en couchage et contribuer à diminuer la perméabilité à la vapeur d'eau de certains biopolymères. Une analyse du cycle de vie des SNCs dans ce type d'application est également proposée. Cette étude contribue donc à l'avancée de cette thématique et propose des perspectives prometteuses. / The present work investigates the potential of starch nanocrystals (SNCs) for industrial scaled-up preparation and use. An extensive characterization (morphology, viscosity, thermal stability and properties in nanocomposite) of 5 different SNCs shows, contrary to nanocrystalline cellulose, the limited influence of the botanic source. The analysis of the current preparation process led to three optimization strategies, and to the definition of a new generation of SNCs with smaller dimensions and more homogeneous. A new application of SNCs is presented (multilayer packaging); and showed that SNCs can effectively reduce water vapor permeability of some biopolymers coatings. The life cycle assessment (LCA) of SNCs in this application is also proposed. This study contributes greatly to the advance of the field and offers perspectives for the industrialization of SNCs.

L’objectif de cette thèse a consisté à étudier in vitro des phénomènes d’auto-assemblage de molécules de collagène de type I natif, dénaturé ou modifié. Dans une première partie, nous avons analysé des solutions denses en milieu acide de collagène I et de gélatine A par microscopie à lumière polarisée et microscopie SHG résolue en polarisation (P-SHG). Nous avons ainsi mis en évidence la première mésophase obtenue à partir de gélatine. Nous avons ensuite étudié l’impact de la gélatine sur des mésophases en contre-plaqué de collagène I et montré que le collagène pouvait être subtilisé par la gélatine à hauteur de 20% sans en affecter la formation des phases en contre-plaqué. Les matrices collagène/gélatine obtenues après fibrillogenèse ont été caractérisées à différentes échelles en ayant recours à la calorimétrie différentielle (DSC), à la microscopie électronique à transmission (MET), au P-SHG et l’imagerie par résonnance magnétique (IRM). Nous avons montré que ces matrices présentent une structuration hiérarchique de type fractal et que la gélatine stabilise le collagène.Dans la seconde partie, nous nous sommes intéressés aux propriétés d’auto-assemblage de molécules de collagène I modifié avec de la rifamycine SV pour la synthèse de gels à délivrance contrôlée. Nous avons utilisé différents modes d’assemblage afin d’arriver à notre but et avons caractériser les propriétés chimiques, rhéologiques et antibiotiques des gels obtenues. Pour mieux comprendre le système, nous avons étudié la structure des assemblages de collagène modifié au sein d’un système dilué à l’aide du cryo-MET et de la microscopie à force atomique couplé à la spectroscopie infrarouge (AFMIR). / The object of this thesis was to study the in vitro self-assembly phenomena of native, denatured or modified collagen type I.In the first part, we analysed dense solutions of collagen I and gelatin A (in acidic medium) by polarized light microscopy and polarization resolved SHG microscopy (P-SHG). We have thus observed the first mesophase obtained from gelatin. We then studied the impact of gelatin on collagen I plywood mesophases and showed that collagen could be replaced by gelatin up to 20% without affecting the formation of the plywood phases.Collagen/gelatin matrices obtained after fibrillogenesis were characterized at different scales by using Differential Scanning Calorimetry (DSC), Transmission Electron Microscopy (TEM), P-SHG and Magnetic Resonance Imaging (MRI). We showed that these matrices have a hierarchical structure of fractal type and that gelatin stabilizes collagen.In the second part, we studied the self-assembly of collagen I modified with rifamycin SV for the synthesis of controlled delivery gels.We used different methods of assembly in order to reach our goal and we characterized the chemical, rheological and antibiotic properties of the obtained gels. To better understand the system, we studied the structure of modified collagen assemblies in a diluted systems with cryo-TEM and atomic force microscopy coupled with infrared spectroscopy (AFMIR).

Ce travail est consacré à l'élaboration de complexes polyélectrolytes combinant deux polyélectrolytes de charges opposées ainsi que l'étude de leur potentiel en tant que biomatériaux injectables pour du comblement de ride. L'acide hyaluronique (portant des - charges négatives sur ses groupements carboxyliques -COO ) a été complexé avec l'unique polycation d'origine naturelle appelé chitosane (portant des charges positives de + par ses groupements amines -NH3 ). Les paramètres influençant la formation et les propriétés physico-chimiques des complexes acide hyaluronique – chitosane ont été étudiés. Nous avons utilisé une nouvelle technique de complexation développée au laboratoire mettant en œuvre la diminution de la force ionique de mélanges acide hyaluronique – chitosane – chlorure de sodium par dialyse dans le domaine de complexation de l'acide hyaluronique et du chitosane (pH approximativement compris entre 2.5 et 6.5). Ce procédé permet l'élimination progressive des sels et une association lente. Nous avons par ce biais été capable d'induire et de contrôler l'auto-assemblage de ces deux polyélectrolytes. Plusieurs formes ont ainsi été obtenues comme des agrégats, des complexes solubles, des suspensions colloïdales ou des coacervats. Au cours de ce travail, nous avons obtenu des hydrogels mixtes d'acide hyaluronique et de chitosane ayant d'exceptionnelles propriétés d'étirabilité à pH acide. D'autre part, une approche alternative a été envisagée, visant à utiliser les propriétés intrinsèques du chitosane, en particulier son aptitude à gélifier au contact de milieux alcalins. Ainsi, par un procédé similaire, nous avons pu former des hydrogels acide hyaluronique – chitosane réticulés physiquement, stable à pH et osmolarité physiologiques, et pouvant endurer des déformations importantes. De plus, ces systèmes peuvent être stérilisés par autoclave et peuvent être formulés afin d'être injectables. Réunissant toutes les conditions pour être de bons candidats au développement de biomatériaux injectables, ces hydrogels ont été testés in vivo sur un modèle lapin afin d‘évaluer leur biocompatibilité et leur applicabilité en tant que produits injectables en intradermique / This work is devoted to the elaboration of polyelectrolyte complexes systems combining two oppositely-charged polyelectrolytes and to the study of their potential application as - injectable dermal fillers. Hyaluronic acid as polyanion (carboxylic groups -COO as negative charges) was complexed with the only naturally-occuring polycation named + chitosan (amine groups -NH3 as positive charges). The factors impacting the formation of hyaluronic acid - chitosan complexes and their physico-chemical properties were investigated. We used a new technique of complexation developed in the laboratory through the desalting of highly salted mixtures, and systematically investigated the impact of pH in the range 2.5 - 6.5, corresponding to the complexation domain of hyaluronic acid and chitosan. This process allowed the progressive elimination of the salts and the slow restoration of the attractive electrostatic interactions resp onsible for the self-assembly of the two polyelectrolytes. Various physical forms were obtained: macroscopic aggregates, soluble complexes, colloidal suspensions or hydrogels. During this work, we observed for the first time the formation of hyaluronic acid-chitosan hydrogels exhibiting a very unusual hyper-stretchability, only at acidic pH. Therefore, an alternate approach consisted in taking advantage of the chitosan ability to gel in alkaline medium. By using a similar process, we were then able to form physically-crosslinked hyaluronic acid-chitosan hydrogels stable at physiological pH and osmolarity and still able to undergo high deformations. Moreover, these systems could be submitted to steam sterilization and could be formulated so as to be injectable. Hence, these hydrogels gathered all the conditions to be good candidates as injectable biomaterials, these hydrogels were then tested in vivo on a rabbit model to evaluate their biocompatibility and suitability for intradermal applications

Dans le cadre de ce travail, l’objectif était d’élaborer des surfaces PVC antibactériennes. Deux types de surfaces ont été élaborés, des surfaces bactéricides visant à tuer les bactéries au contact et des surfaces antiadhésives (bactériophobes) empêchant ou limitant l’adhésion bactérienne.Pour ce faire, des copolymères porteurs de groupements cationiques bactéricides ainsi que des copolymères renfermant des structures à effets antiadhésifs de type polysaccharides ou PEG ont été synthétisés et caractérisés. Ces composés ont été ensuite greffés chimiquement par click addition sur des surfaces PVC porteuses de fonctions azoture (PVC-N3). Les propriétés physico-chimiques des nouvelles surfaces obtenues ont été caractérisées par diverses techniques (IRTF, XPS, angle de contact, AFM, microscopie confocale à fluorescence, ATG etDSC). Les propriétés bactéricides ou antiadhésives ont été évaluées à l’égard de Escherichia coli et Staphylococcus epidermidis. La microscopie confocale à fluorescence a mis en évidence le caractère hautement bactéricide des surfaces PVC cationiques via le test Live and Dead.Cette technique a aussi permis de démontrer l’effet antiadhésif de la méthyl cellulose, del’hydroxyéthyl cellulose et du PEG greffés en surface, diminuant d’au moins 10⁴ fois le nombre de bactéries adhérées par rapport aux surfaces témoins. / This work aimed to elaborate antibacterial PVC surfaces. Two kinds of surface were prepared, i.e. non leaching bactericidal surfaces killing bacteria by contact and antiadhesive (bacteriarepellent) surfaces preventing or limiting bacteria attachment. Thus, copolymers bearing cationic bactericidal groups as well as copolymers bearing polysaccharide or PEG antiadhesive structures were synthesized and characterized. These polymers were then successfully grafted by click chemistry onto PVC surfaces bearing azide groups (PVC-N3).The physico-chemical properties of the obtained surfaces were assessed by several techniques(FTIR, XPS, contact angle measurements, AFM, confocal fluorescence microscopy, TGA and DSC). The bactericidal and antiadhesive properties were assessed against Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis. The fluorescence microscopy evidenced the high bactericidal effect of the cationic surfaces, using the Live and Dead test. This microscopytechnique has also shown high bacteria repellent effect of the surfaces based on methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose and PEG, i.e. decrease of bacteria attachment by more than 10⁴ fold compared to the ungrafted surface.

L'objet de cette thèse est l'étude comparative de la réponse de cellules saines et malignes à la micro- et la nano-topographie de surface. L'interaction avec des stries de profondeur nanométrique est étudiée grâce à une méthode statistique. Nous démontrons que les cellules saines s'alignent plutôt sur des stries profondes, et que les cellules cancéreuses sont plus sensibles aux stries peu profondes. L'analyse des noyaux révèle qu’ils suivent l'alignement des corps cellulaires plus fidèlement dans le cas des cellules cancéreuses et que les noyaux de ces dernières sont plus sensibles aux stries de faible profondeur. Sur des micro-piliers nous démontrons que les cellules d’ostéosarcomes sont capables de se déformer et de faire adopter à leurs noyaux la forme de l'espace entre les piliers. Ceci ne se produit que durant la phase initiale d'adhésion pour les cellules saines. Les cellules immortalisées présentent un niveau intermédiaire de déformation. Quand l'espacement entre piliers est réduit, des différences de déformation sont révélées entre les lignées cancéreuses testées. La déformation est aussi liée au caractère cancéreux de kératinocytes et à l'expression de Cdx2 dans des lignées d'adénocarcinomes. Nous avons tenté d'expliquer ce mécanisme de déformation en l'attribuant au cytosquelette grâce à des analyses en microscopie confocale et avec des inhibiteurs du cytosquelette. L'imagerie de cellules vivantes a permis d'observer que les cellules sont très mobiles même quand elles sont déformées, que la mitose nécessite la perte de la déformation et que la déformation après mitose est plus rapide que la déformation pendant l'adhésion initiale des cellules. / This thesis deals with the differential response of healthy and cancerous cells to surface topography at the nanoscale and the microscale. Using a statistical method we developed we studied the interactions of cells with grooves of nanoscale depth. We demonstrate that healthy cells have a greater ability to align with deeper grooves, whereas cancerous cells are more sensitive to shallow grooves. Analysis reveals that the nucleus follows the alignment of the cell body more closely in cancerous cells, and that the nucleus of cancerous cells is more sensitive to shallow grooves.On microscale pillars we demonstrate for the first time that osteosarcoma cells deform to adopt the surface topography and that the deformation extends to the interior of the cell and in particular to the nucleus. We show that healthy cells only deform during the initial stages of adhesion and that immortalized cells show intermediate deformation between the healthy and cancerous cells. When the spacing between the pillars is reduced, differences in the deformation of different cancerous cell lines are detected. Deformation was also found to be related to the malignancy in keratinocytes, and related to the expression of Cdx2 in adenocarcinoma. The mechanism of deformation is tentatively attributed to the cytoskeleton and attempts to identify the main actors of deformation were performed using confocal microscopy and cytoskeleton inhibitors. Live cell imaging experiments reveal that the deformed cells are very mobile on the surfaces, loss of deformation is necessary for mitosis to occur and deformation after mitosis is more rapid than initial deformation upon adhesion to surfaces.

L'utilisation de matériaux renouvelables est considérée comme l'un des points clés du développement durable. Les glucides sont facilement biodégradables et ont tendance à se dégrader dans les environnements biologiquement actifs. L'hémicellulose (HC) est l'un des polysaccharides les plus courants, représentant environ 20 à 35% de la biomasse lignocellulosique, et n'a pas encore trouvé sa place dans de larges applications industrielles comme la cellulose, autre ressource forestière. L'hémicellulose est un hétéro-polysaccharide. C'est aussi un substitut vert pour les polyols issus du pétrole ainsi qu'un substitut non alimentaire des polyols d'amidon. Les objectifs de ce projet sont le développement d'une stratégie optimisée pour l'extraction de l'hémicellulose et son utilisation dans les biomatériaux à forte valeur ajoutée. L'extraction de l'hémicellulose aurait un grand potentiel comme matière première de la nouvelle bio-économie. Pour étendre ses applications au domaine porteur des hydrogels, comme aux revêtements et adhésifs sensibles aux stimuli, des réseaux de polymères ou des systèmes de relargage de médicaments, les propriétés de l'hémicellulose ont été modifiées en introduisant sur sa chaîne principale des groupes réactifs pour le rendre réticulable réversiblement par la réaction de Diels-Alder. Par cette approche, le potentiel de remplacement des matières premières dérivées du pétrole par des ressources renouvelables pour la production de matériaux polymères biodégradables est important du point de vue sociétal et environnemental. / The increased use of renewable materials is considered as one of the key issue of the sustainable development. Carbohydrates are readily biodegradable and tend to degrade in biologically active environments. Hemicelluloses (HC) are one of the most common polysaccharides next to cellulose and chitin, representing about 20-35% of lignocellulosic biomass, and have not yet found broad industrial applications as does cellulose. Hemicellulose is a hetero-polysaccharide and a green substitute for petroleum based polyols and is a non-food-based substitute for starch polyols. The aims of this project are to develop an optimized strategy for the extraction of hemicellulose and the use of the extracted hemicellulose in value-added biomaterials. The extraction of hemicellulose would have great potential to supply raw materials for the new bio-economy. To expand its applications to the field of stimuli-responsive hydrogels, coating and adhesives, polymer networks, as well as drug-delivery systems, the properties of hemicellulose were functionalized by introducing reactive groups onto its main chain to reversibly crosslink it by the Diels-Alder reaction. Hemicellulose based materials were prepared and characterized for their suitable application. Finally, the worldwide potential demand for replacing petroleum-derived raw materials by renewable resources in the production of valuable biodegradable polymeric materials is significant from both social and environmental viewpoints fuel and will predominate in the coming periods.