L’objectif principal de ce travail de thèse est de développer une nouvelle formulation formant un dépôt in situ après administration parentérale pour la libération prolongée de principes actifs. Les systèmes à base de chitosane (CS) formant des hydrogels sous l’action de la chaleur corporelle ont été choisis parmi les différentes catégories de formulations injectables se solidifiant in situ pour la biocompatibilité et la biodégradabilité reconnue de ce polymère. Après une revue des différents systèmes thermo-gélifiants à base de CS et de leurs utilisations, nous nous sommes intéressés en détail aux mécanismes sur lesquels reposaient la formation des hydrogels de CS / agent gélifiant. Une étude rhéologique approfondie combinée à de la 31P-RMN a permis de mettre en évidence le rôle clé de la partie polyol de l’agent gélifiant dans cemécanisme. La troisième partie a été consacrée au développement d’un nouveau système associant le CS au glucose-1-phosphate (G1-P). Une étude des propriétés physico-chimiques et de la stabilité de ce système a mis en évidence sa gélification dans les conditions physiologiques et l’amélioration significative de sa stabilité à long terme par rapport au système standard CS / glycérophosphate. Des essais de tolérance locale souscutanée réalisés sur un modèle murin ont montré que le système est raisonnablement bien toléré. Enfin, la dernière partie, consacrée à l’étude de la libération in vitro de différents composés modèles, a démontré l’aptitude du réseau polymère de CS / G1-P à prolonger la libération des substances incorporées. / The aim of this work was to develop a new parenteral in situ forming depot (ISFD) system for the controlled delivery of drugs. Chitosan (CS)-based systems that undergo sol / gel transition upon heating at physiological temperature were selected among the different categories of ISFDs due to their well-known biocompatibility and biodegradability. After an overall review of the recent progresses on standard CS-based ISFD systems, the synergistic mechanisms underlying the temperature-induced gelation of the CS / gelling agent systems were investigated through comprehensive rheological studies completed by 31P-NMR measurements. These investigations emphasized the key role of the polyol part of the gelling agent. The next step consisted in developing a new system combining CS and glucose-1-phosphate (G1-P). The physico-chemical characteristics and storage stability of this system were investigated. The results highlighted a sol / gel transition under physiological conditions and improved storage stability compared to the standard CS / glycerophosphate system. Local tolerability studies of the hydrogels in rats showed that the system was reasonably well tolerated. Finally, the last chapter, dedicated to the study of the in vitro release behavior of several model compounds, emphasized the ability of the polymeric CS / G1-P network to sustain the release of the incorporated substances.

Des nanoparticules multifonctionnelles polymères, préparées par auto-assemblage de plusieurs dérivés du poly (L-glutamate de gamma-benzyle) (PBLG), ont été conçues afin d’assurer le ciblage des tissus osseux et la libération contrôlée de molécules actives. Des propriétés d'attachement aux tissus osseux leur ont été conférées par la présentation en surface de différents ligands ostéotropes, l'alendronate et l' acide poly(glutamique), seuls ou en combinaison. Leur affinité pour les tissus osseux a été évaluée in vivo ainsi que leur distribution fine dans ces tissus. Par ailleurs, des propriétés anticancéreux ont été conférées aux nanoparticules grâce à un mécanisme originale d’association du cisplatin par complexation. Le procédé mis en œuvre permet d’obtenir des cinétiques de libération très progressives de dérivés actifs du platine et déclenchée par la présence des ions chlorure. Enfin, leur cytotoxicité a été mesurée. Cette stratégie constitue donc une approche prometteuse en vue d’améliorer le traitement des métastases osseuses. / Multifunctional bone targeted polymeric nanoparticles prepared by self-assembly of several poly(gamma-benzyl-L-glutamate) (PBLG) derivates have been developed. Their bone binding properties were provided by two different osteotropic moieties, alendronate or/and poly(glutamic acid) exposed on the nanoparticle surface. Their affinity for bone tissues has been evaluated in vitro, ex vivo and in vivo, including their detailed distribution in bone tissues structures. Further, in view of bone cancer therapeutics, nanoparticles were provided with anticancer properties thanks to the complexation of cisplatin, which leaded to very well controlled release properties. Finally, cytotoxicity were studied. Therefore, this strategy constitute a promising approach for the improvement of bone cancer therapeutics.

D’après l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), les maladies cardiovasculaires (CVDs) sont la cause majeure de morbidité et de mortalité dans le monde. Dans un contexte où les thérapies non chirurgicales impliquent une administration de molécules actives à hautes doses, limiter les effets secondaires et augmenter l’efficacité thérapeutique est un enjeu majeur. Une possible réponse à cette problématique est l’utilisation de nanoparticules polymères encapsulant des molécules actives. Pour des applications de délivrance de principe actif et/ou de génie tissulaire, les polymères utilisés doivent suivre certains critères : (i) la biodégradabilité ; (ii) la biocompatibilité ; (iii) l’uniformité des chaînes polymères et (iv) une fonctionnalisation aisée par les molécules d’intérêt. Dans ce contexte, des copolymères dégradables obtenus par polymérisation radicalaire par ouverture de cycle (rROP) entre les acétals de cétène cyclique (CKAs) et des monomères vinyliques semblent satisfaire à ces critères. En effet, les CKAs sont des monomères cycliques qui s’ouvrent par voie radicalaire et permettent la formation de fonctions esters dans le squelette polymère au cours de la polymérisation. Hormis les CKAs bien connus (e.g., 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO), et 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL)), un besoin de nouveaux CKAs plus hydrophiles et/ou avec de nouvelles fonctionnalités est récemment apparu. Par conséquent la synthèse de nouveaux CKAs a été étudiée.Par ailleurs, les calculs par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont démontré que la copolymérisation radicalaire du MDO avec des dérivés d’éther de vinyle (VE) était quasi idéale, ce qui fut par la suite confirmé expérimentalement. Ainsi, ce système a permis l’obtention via un mécanisme radicalaire de copolymères similaires à des polyesters, en particulier à la polycaprolactone (PCL), hautement fonctionnels via l’utilisation de divers VE. La dégradation hydrolytique des P(MDO-co-VE) ainsi obtenus a été étudiée en conditions accélérées et physiologiques. Les copolymères ont montré une vitesse de dégradation dépendant du taux de MDO et de la nature du VE. L’hydrolyse en conditions physiologiques des P(MDO-co-VE) a donné des taux de dégradation comparables à ceux obtenus pour l’acide polylactique (PLA) et la PCL, tous deux approuvés par l’agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA). La dégradation enzymatique assistée par les lipases Candida antartica a également été étudiée, donnant une dégradation quasi complète des copolymères en 48 h. En plus d’être biodégradables, l’avantage des P(MDO-co-VE) est que les fonctions portées par les VE ont permis une fonctionnalisation aisée des copolymères via le greffage de petites molécules ou des macromolécules telles que des chaînes de poly(éthylène glycol) (PEG) ; soit après polymérisation (approche “grafting to”) soit avant polymérisation (approche “grafting through”). Les propriétés physico-chimiques ont pu être finement ajustées, permettant ainsi la formulation de nanoparticules stables convenant à des applications de délivrance de principes actifs. / According to the World Health Organization (WHO), cardiovascular diseases (CVDs) are the major cause of morbidity and mortality in the world. In a context where non-surgical therapy involves active molecules administration at high doses, circumventing possible toxic side effects and increasing the therapeutic effect is a major challenge. Thus, the use of drug-loaded polymeric nanoparticles may represent a potential solution to this problem. For drug delivery and/or tissue engineering applications, polymers should follow some criteria: (i) biodegradability; (ii) biocompatibility; (iii) uniformity of the polymer chain and (iv) possibility of functionalization with molecules of interest. As such, degradable copolymers were obtained by radical ring-opening copolymerization (rROP) between cyclic ketene acetals (CKAs) and vinylic monomers and fulfilled all those criteria. Indeed, CKAs are cyclic monomers which open through a radical mechanism and give degradable ester functions in the polymer backbone upon polymerization. Besides well-known CKAs (e.g., 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO), and 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL)), a crucial need for new CKAs that would be more hydrophilic and/or with new functionalities has recently emerged. Therefore, synthesis of new CKAs was investigated.In addition, the rROP of MDO and vinyl ether (VE) derivatives was predicted to be quasi-ideal by Density Functional Theory (DFT) calculations and subsequently confirmed experimentally. Thus, this system gave the opportunity to obtain polyester-like copolymers, especially polycaprolactone-like polymers, highly functional from the use of functional VE derivatives. Hydrolytic degradation of the resulting P(MDO-co-VE) was investigated under accelerated and physiological conditions. Copolymers showed tunable degradation rate as a function of the MDO content and of the nature of the VE. Hydrolysis in physiological conditions of P(MDO-co-VE) copolymers led to a degradation rate comprised between those obtained for polylactide (PLA) and PCL, both approved by the Food and Drug Administration (FDA). Enzymatic degradation by lipases Candida antartica was also studied, leading to nearly complete degradation in 48 h. In addition to be hydrolytically and enzymatically degradable, a strong advantage of P(MDO-co-VE) copolymers rely in their easiness of functionalization via the use of various VE moieties, leading to efficient grafting by small molecules or macromolecules such as poly(ethylene glycol) (PEG) chains; either after polymerization (“grafting to” approach) or before polymerization (“grafting through” approach). Physicochemical properties were finely tuned enabling the formulation of stable nanoparticles suitable for drug delivery purpose.