In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung neuer organischer Polyazide dokumentiert, die durch einfache nucleophile Substitution mittels NaN3 dargestellt werden können. Organische Azide mit der Formel RN3 können sich unter Stickstoff-Abspaltung in exothermen, teilweise explosionsartigen Reaktionen zersetzen. Sie sind daher prinzipiell als energiereiche Materialien (HEDM) für entsprechende Anwendungen geeignet. Die als Treibladungsmaterialien potentiell geeignetsten, handhabungssicheren, dendritischen Polyazide werden unter anderem mittels Thermogravimetrie und Differenzkalorimetrie analysiert. In einer neuen Synthesemethode können die wenig bekannten Heteroazidomethane aus Tris(azidomethyl)amin erzeugt werden. Von besonderem Interesse ist dabei die Synthese neuartiger Azidohalogenmethane. Diese können durch analytische Gas-Chromatographie charakterisiert und mittels präparativer Gas-Chromatographie isoliert werden. Durch die 1,3-dipolare Cycloaddition mit Cyclooctin konnten einige Heteroazidomethane zu Triazolen abgefangen und so einer Einkristall-Röntgen-Strukturanalyse zugeführt werden. Als letztes in der homologen Reihe der Azidomethane noch fehlendes Azid konnte Tetraazidomethan synthetisiert werden. Das Perazidomethan besitzt mit 93.3% den für organische Azide höchstmöglichen Stickstoffgehalt. Seine Existenz wurde bislang lediglich durch molekültheoretische Berechnungen nahegelegt. Die Synthese dieses homoleptischen Kohlenstoffazides gelang durch die Behandlung von Trichloracetonitril mit Natriumazid. Es ließ sich durch präparative GC als extrem explosive, farblose Flüssigkeit isolieren. Mit Hilfe der analytischen GC konnten sowohl der Siedepunkt als auch die Polarität von C(N3)4 abgeschätzt werden. C(N3)4 wird desweiteren durch IR, MS, 13C-NMR und 15N-NMR-Spektroskopie sowie durch Einkristall-Röntgen-Strukturanalysen seiner Abfangprodukte mit Cyclooctin charakterisiert. Mit Wasser zeigt C(N3)4 eine quantitative Hydrolyse unter Bildung von Carbonyldiazid. Durch Austauschprozesse mit Na15N3 konnte die mögliche Dissoziation von C(N3)4 nachgewiesen werden. Reaktionen von C(N3)4 mit Phosphinen führen zu Cyanamidderivaten, mit Norbornen sowie Norbornadien wurden über vielstufige Reaktionsmechanismen Aminotetraazole erhalten.

We report an IgG (=immunoglobulin) electrochemical immunosensor using a newly synthesized redox-active ferrocenyl dendrimer of generation 2 (G2Fc) as a voltammetric transducer. The ferrocenyl dendrimer N(CH2CH2C(O)NHCH2CH2NHC(O)Fe(η5-C5H4)(η5-C5H5))(CH2CH2N(CH2CH2C(O)NHCH2CH2NHC(O)Fe(η5-C5H4)(η5-C5H5))2)2 (G2Fc) was used as a functional moiety to immobilize the antibody on the surface of the electrode. A sandwich immunosensor of the type IgG/Bovine serum albumin (BSA)/anti-IgG/G2Fc/glassy carbon electrode (GCE) was fabricated. The electrochemical properties of G2Fc were thoroughly studied in aqueous and non-aqueous electrolytes with varying scan rates. The incubation time was optimized for better analytical performance of the immunosensor. It is found that the developed amperometric immunosensor is sensitive to a concentration of IgG as low as 2 ng mL−1. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Chemische Synthese und Charakterisierung von Sauerstoff- und Schwefel-Heteroporphyrinen und ihren Mn(II)-, Co(II)-, Cu(II)-, Zn(II)- und Pd(II)-Komplexen. Strukturelle und spektroskopische Beschreibung der Liganden und Komplexe durch Röntgendiffraktometrie, EXAFS, NMR, UVVIS, Fluoreszenzspektroskopie, CV unf MS. Darstellung und Beschreibung dendritischer Heteroporphyrinmoleküle.

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Study of biosensors has become an essential part of research in biotechnology. Biosensors as fast, portable, highly sensitive, and low-cost bioanalytical detection devices have been utilized in many fields of human activity. The first part of the presented work focuses on electrochemical biosensors for rapid environmental screening of herbicides as water pollutants. A sol-gel immobilization method for a photosystem II (PSII) complex is studied in order to enhance the sensitivity and the signal strength and stability of a PSII-based biosensor. Computer simulations of a PSII biosensor are employed with the aim to find out how the immobilization membrane properties influence the biosensor parameters. Newly developed immobilization by a thin-layer membrane based on the results of computer simulations and revised measurement protocols are presented. The second part of the work is devoted to synthesis and electrochemical detection of newly developed metal labels for electrochemical immunosensors. The synthesis of dendrimer-encapsulated silver nanoparticles and biorecognition properties of biotin-nanocomposite conjugates are discussed. For detection of synthesized labels, a microfluidic detector was manufactured and tested and different approaches to packing of a microfluidic chip employing polydimethylsiloxane (PDMS) were investigated. Newly designed microstructures for a microfluidic separator of magnetic beads (MBs) were studied by computer simulations. The separator was made and trapping of MBs for the further employment in MBs-based immunoassays are presented

(Metallo-)Dendrimers in Catalysis, Nanoparticle Stabilization and Biological Application Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften Dissertation 2011, 165 Seiten Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Darstellung, Charakterisierung und Anwendung neuartiger (Metallo-)Dendrimere. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet dabei die terminale Funktionalisierung (Poly)amidoamin-basierender Dendrimere kleiner Generationen. Durch Standardpeptid-Knüpfungsreaktionen von 1,1´-(Diphenylphosphino)ferrocen-carbonsäure an dendritische (Poly)amidoamine ist eine Serie entsprechend funktionalisierter Metallodendrimere zugänglich. Die metallorganischen, Dendrimer-immobilisierten Engruppen können durch Zugabe von [Pd(3-C3H5)Cl]2 in heterobimetallische Übergangsmetallkomplexe umgewandelt werden und finden Einsatz als katalytisch aktive Systeme in C,C-Kreuzkupplungsreaktionen nach Heck. Ein weiterer Gegenstand der Arbeit ist die terminale Modifikation von (dendritischen) Ami-nen mit (Sp)-2-(Diphenylphosphino)ferrocen-1-carbonsäure. Nach erfolgter Umsetzung mit [Pd(3-C3H5)Cl]2 werden die erhaltenen planar-chiralen Verbindungen als Katalysatoren in asymmetrischen allylischen Substitutionsreaktionen eingesetzt. Ferner ist die Darstellung (Oligo)ethylenglykolether-terminierter (Poly)amidoamin-Dendrimere beschrieben. Diese werden als Stabilisatoren zur in-situ Generierung von Gold- sowie Magnetit-Nanopartikeln eingesetzt. Der Einfluss der dendritischen Template auf die Kolloidgrößen und Morphologien sowie die Eigenschaften der gebildeten Hybridmaterialien werden aufgezeigt. Darüber hinaus befasst sich die Arbeit mit der Verwendung biokompatibler (Oligo)ethylenglykolether-Dendrimere als Wirkstoffträger für Zytostatika bei der Krebsthera-pie. Die im Rahmen von in vitro Untersuchungen erhaltenen Ergebnisse werden präsentiert.:Table of Contents Bibliografische Beschreibung und Referat ii Selbstständigkeitserklärung iii Table of Contents vii List of Abbreviations xi Präambel xvi A Introduction 1 1. Dendrimers 1 2. Nanomaterials 4 3. References 7 B State of Knowledge 12 1. Dendrimers 12 1.1. Synthesis and Characterization 12 1.2. Functional Dendrimers 15 2. Characterization Techniques for Dendrimer-Nanomaterial Assemblies 24 3. Motivation 26 4. References 27 C Amidoamine-based Dendrimers with End-grafted Pd-Fe Units: Synthesis, Characterization and Their Use in the Heck Reaction 34 1. Introduction 34 2. Results and Discussion 35 2.1. Synthesis of Amidoamine Dendrimers 35 2.2. Synthesis of Metallo- and Selenium-Phosphine Amidoamine Dendrimers 36 2.3. Catalysis with Heterobimetallic Iron-Palladium Amidoamine Dendrimers 39 3. Conclusions 41 4. Experimental 42 4.1. Materials and Methods 42 4.2. Preparation of 2 43 4.3. Preparation of 9-Fe 43 4.4. Preparation of 5-Fe-Pd 44 4.5. Preparation of 6-Fe-Pd 44 4.6. Preparation of 7-Fe-Pd 45 4.7. Preparation of 8-Fe-Pd 46 4.8. Preparation of 9-Fe-Pd 46 4.9. Preparation of 5-Fe-Se 47 4.10. Preparation of 9-Fe-Se 48 4.11. General Procedure for the Heck-Reaction 48 5. Acknowledgement 49 6. References 49 D A Preparation of Planar-Chiral Multidonor Phosphanyl-Ferrocene Carboxamides and Their Application as Ligands for Palladium-Catalyzed Asymmetric Allylic Alkylation 52 1. Introduction 52 2. Results and Discussion 53 2.1. Syntheses and Characterization 53 2.2. Solid-State Structure of (Sp)–2 55 2.3. Catalytic Tests 57 3. Conclusions 58 4. Experimental 59 4.1. Materials and Methods 59 4.2. Preparation of Simple Amides. A General Procedure 59 4.3. Preparation of 6 61 4.4. Preparation of (Sp,Sp)–4 61 4.5. Preparation of 7 62 4.6. Preparation of (Sp,Sp,Sp)–5 62 4.7. Asymmetric Allylic Alkylation. A General Procedure 63 4.8. X-ray Crystallography 63 5. Acknowledgements 64 6. References 64 E Au Nanoparticles Stabilized by PEGylated Low-Generation PAMAM Dendrimers: Design, Characterization and Properties 68 1. Introduction 68 2. Materials and Methods 69 2.1. Synthesis of Stabilizers 69 2.2. Preparation Procedure for Gold Nanoparticles 70 3. Results and Discussion 70 3.1. Dendritic Stabilizers 70 3.2. Dendritic Stabilized Gold Nanoparticles 72 3.3. Physical and Chemical Characterization 73 4. Conclusion 79 5. Acknowledgement 80 6. Supplementary Material 80 7. References 80 F Design, Characterization and Magnetic Properties of Fe3O4-Nanoparticle Arrays Coated with PEGylated-Dendrimers 86 1. Introduction 86 2. Materials and Methods 88 2.1. Materials and Instruments 88 2.2. Synthesis Procedure for Fe3O4 Nanoparticles 89 3. Results and Discussion 91 3.1. Preparation and Characterization of Dendrimer-Surfaced Fe3O4 Nanoparticles 91 3.2. Magnetic Characterization of Dendrimer-Coated Fe3O4 Nanoparticles 96 4. Conclusion 99 5. Acknowledgement 100 6. References 100 G Dendrimer - Doxorubicin Conjugate for Enhanced Therapeutic Effects for Cancer 103 1. Introduction 103 2. Experimental Section 105 2.1. Materials and Methods 105 2.2. Synthesis of OEGylated Poly(amidoamine) Dendrimer 2 106 2.3. Cell Viability Studies 107 2.4. Doxorubicin Loading and Release 107 2.5. In Vitro Cellular Uptake of Dendrimer-DOX Conjugate 109 3. Results and Discussion 109 3.1. Drug Loading and Release 109 3.2. Surface Potential of the Dendrimer-Drug Assembly 110 3.3. Structural Analysis of Dendrimer-DOX Conjugate 111 3.4. In Vitro DOX Release Profile from Dendrimer-Drug Conjugate 114 3.5. Cell Viability Studies of the Dendrimer-DOX Conjugate 117 3.6. Cellular Uptake by the Dendrimer-DOX Conjugate 118 3.7. Protein Adsorption Studies 119 4. Conclusions 119 5. Acknowledgements 120 6. Supplementary Material 120 7. References 121 H Summary 123 1. Summary 123 2. Zusammenfassung 129 Danksagung 136 I Appendix 137 1. Appendix Chapter C 137 2. Appendix Chapter D 139 3. Appendix Chapter E 140 4. Appendix Chapter F 142 5. Appendix Chapter G 144 Lebenslauf 145 Liste der Publikationen, Vorträge und Posterpräsentationen 147 Publikationen 147 Poster 148 Vorträge 149

Moderne analytische Verfahren ermöglichen eine höchst effiziente Auftrennung und eine selektive Detektion von Zielanalyten. Dies ist vor allem in der Medizin von Bedeutung, da eine frühzeitige Diagnose von Krankheiten in den meisten Fällen zu einer wesentlich erfolgreicheren Behandlung beiträgt. In unserer heutigen Industriegesellschaft werden daher hochsensitive und effiziente Analysemethoden stärker benötigt als je zuvor. Diverse Umweltgifte oder gesundheitliche Schadstoffe gelangen vermehrt in Grundwasser und Umwelt. Eine Analyse ist aufgrund der oft nur geringen Konzentrationen und der Komplexität diverser Proben häufig mit großen Schwierigkeiten verbunden. Obwohl die Sensitivität und Effizienz zur Bestimmung von Krankheitsmarkern (Biomarker) und Schadstoffen immer weiter zunimmt, stoßen selbst höchstsensitive Analysemethoden an ihre Grenzen. Gerade bei kleinsten Konzentrationen an Zielanalyten oder bei komplexen Gemischen ist eine direkte Detektion ohne weitere Vorbehandlung, wie Aufkonzentrierungen oder Markierungen, äußerst schwierig oder nicht möglich. Eine Optimierung dieser Methoden, deren Automatisierung sowie sensitivere Detektorsysteme werden benötigt. Darüber hinaus ist die Entwicklung von neuartigen, selektiveren mobilen und stationären Phasen ein hochinteressantes und umfangreich untersuchtes Forschungsgebiet. Die Verwendung von hochselektiven Additiven, wie Cyclodextrinen, Kronenethern, Mizellen und andere chirale Selektoren in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), Kapillarelektrophorese (CE)[1,2] oder in der Dünnschicht-Chromatographie (TLC)[3] wurde bereits umfangreich untersucht und etabliert. Hochfunktionalisierte Polymere als äußerst spezifische Selektoren mit hoher Selektivität stellen vielversprechende Materialien dar, die ebenfalls eine Optimierung in der HPLC und CE erzielen.[4-9] Der Einsatz von Polymeren in molekular geprägten Matrizen (molecular imprinted polymers, MIP) oder in monolithischen Trennsäulen wird bereits äußerst erfolgreich in der TLC, HPLC und CE genutzt.[7-11] Eine solch hochselektive Säulenmodifizierung bietet eine sehr gute Performance und hervorragende Trennleistungen. Ein Nachteil dieser hochselektiven Modifizierung ist jedoch die Spezialisierung nur auf das jeweilige Problem. Eine universelle Verwendung für komplexe Gemische und eine Fülle von Analyten ist limitiert. Ein sehr vielversprechender Aspekt ist der Einsatz von Polymeren als chirale Selektoren in der stationären wie auch in der mobilen Phase. Die große Anzahl an kommerziell erhältlichen Trennsäulen mit einer Polymermodifizierung und das ständig umfangreichere Angebot solcher Säulen[12] verdeutlichen diesen Trend und zeigen, dass die Nutzung von polymeren Architekturen für eine weitere Optimierung diverse Möglichkeiten bietet. Hochverzweigte Polymere stellen unter den Polymeren vielversprechende Materialien dar, die aufgrund ihrer Vorteile zu einer effektiven Optimierung beitragen können.[12] Die hohe Anzahl an terminalen Gruppen ermöglichen es, gut zugängliche anwendungsorientierte Modifizierungen durchzuführen, um gewünschte Eigenschaften zu generieren. Durch die hohe Variabilität der Polymere selbst und der diversen Modifizierungsmöglichkeiten zeigen maßgeschneiderte Polymere ein enormes Potential und die Möglichkeit hochselektive Wechselwirkungen mit Zielanalyten zu etablieren. Die Modifizierung mit einer Schale um den polymeren Kern ermöglicht weitere Optimierungen für den Einsatz von Kern-Schale-Architekturen. Beispiele hierfür sind unter anderem die Vermittlung höherer Löslichkeit durch eine Modifizierung des hydrophilen/hydrophoben polymeren Kerns zur Etablierung einer äußeren Schale. Ebenso können durch die Modifizierung gezielte Eigenschaften generiert werden, die eine spezifische Interaktion mit Oberflächen oder Wirkstoffen ermöglichen. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist die Synthese und die Untersuchung von Kern-Schale-Architekturen als chromatographische Selektoren. Als polymerer Kern wird hochverzweigtes Poly(ethylenimin) (PEI) verwendet, das mit einer Oligosaccharidschale modifiziert wird. Das PEI wird mit den Kerngrößen 5 und 25 kDa verwendet, wodurch eine Untersuchung des Kerneinflusses möglich ist. Weiterhin wird die Dichte der Oligosaccharidschale eingestellt. Dafür wird eine dichte, moderate bis offene und eine sehr offene Oligosaccharidschale um den polymeren Kern generiert. Infolge dessen kann der Einfluss der Schalendichte auf die Interaktion mit Beispielanalyten evaluiert werden. Für die Oligosaccharidschale (OS) werden darüber hinaus drei verschiedene Oligosaccharide (Maltose, Lactose und Maltotriose) verwendet, um den Einfluss der Art der Schale zu prüfen. Durch diese Variationen können 15 unterschiedliche PEI-OS Kern-Schale-Architekturen synthetisiert und untersucht werden. Weiterhin soll der hydrophobe Anteil der Kern-Schale-Architekturen durch die Anbindung von unpolaren Seitenketten an einen PEI-Kern erhöht werden. Auf diese Art und Weise können nicht-kovalente Wechselwirkungen mit lipophilen Systemen untersucht werden. Um polymere Kern-Schale-Architekturen möglichst effizient in der TLC, HPLC und CE einsetzen zu können, ist es essentiell, ihre Eigenschaften und die Art und Weise der Wechselwirkungen zu kennen, die sie mit möglichen Gastmolekülen eingehen. Durch die Untersuchung dieser Wechselwirkungen können Informationen über deren Interaktionen und eine mögliche Manipulation bzw. Optimierung dieser erhalten werden. Ein zielgerichteter und effektiver Einsatz mit diesen Kern-Schale Architekturen kann so vorbereitet werden. [1] T. J. Ward, K. D. Ward, Anal. Chem. 2012, 84, 626-35. [2] W. J. Cheong, S. H. Yang, F. Ali, J. Sep. Sci. 2013, 36, 609-28. [3] M. D. Bubba, L. Checchini, L. Lepri, Anal. Bioanal. Chem. 2013, 405, 533-554. [4] M. Hanson, K. K. Unger, Trends Anal. Chem. 1992, 11, 368-373. [5] J. Kirkland, J. Chromatogr. A 2004, 1060, 9-21. [6] F. Gasparrini, D. Misiti, R. Rompietti, C. Villani, J. Chromatogr. A 2005, 1064, 25-38. [7] A. Martin-Esteban, Trends Anal. Chem. 2013, 45, 169-181. [8] I. Nischang, J. Chromatogr. A 2013, 1287, 39-58. [9] R. D. Arrua, M. Talebi, T. J. Causon, E. F. Hilder, Anal. Chim. Acta 2012, 738, 1-12. [10] P. Jandera, J. Chromatogr. A 2013, 1313, 37-53. [11] F. Svec, J. Sep. Sci. 2004, 27, 1419-1430. [12] M. Tang, J. Zhang, S. Zhuang, W. Liu, Trends Anal. Chem. 2012, 39, 180-194.

La vectorisation des médicaments est une approche très prometteuse tant sur le plan médical qu’économique pour la livraison des substances actives ayant une faible biodisponibilité. Dans ce contexte, les polymères en étoile et les dendrimères, macromolécules symétriques et branchées, semblent être les solutions de vectorisation les plus attrayantes. En effet, ces structures peuvent combiner efficacement une stabilité élevée dans les milieux biologiques à une capacité d’encapsulation des principes actifs. Grâce à leur architecture bien définie, ils permettent d’atteindre un très haut niveau de reproductibilité de résultats, tout en évitant le problème de polydispersité. Bien que des nombreuses structures dendritiques aient été proposées ces dernières années, il est cependant à noter que la conception de nouveaux nanovecteurs dendritiques efficaces est toujours d’actualité. Ceci s’explique par des nombreuses raisons telles que celles liées à la biocompatibilité, l’efficacité d’encapsulation des agents thérapeutiques, ainsi que par des raisons économiques. Dans ce projet, de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles ont été conçues, synthétisées et évaluées. Pour augmenter leur efficacité en tant qu’agents d’encapsulations des principes actifs hydrophobes, les structures de ces macromolécules incluent un coeur central hydrophobe à base de porphyrine, décanediol ou trioléine modifié et, également, une couche externe hydrophile à base d’acide succinique et de polyéthylène glycol. Le choix des éléments structuraux de futures dendrimères a été basé sur les données de biocompatibilité, les résultats de nos travaux de synthèse préliminaires, ainsi que les résultats de simulation in silico réalisée par une méthode de mécanique moléculaire. Ces travaux ont permis de choisir des composés les plus prometteurs pour former efficacement et d’une manière bien contrôlable des macromolécules polyesters. Ils ont aussi permis d’évaluer au préalable la capacité de futurs dendrimères de capter une molécule médicamenteuse (itraconazole). Durant cette étape, plusieurs nouveaux composés intermédiaires ont été obtenus. L’optimisation des conditions menant à des rendements réactionnels élevés a été réalisée. En se basant sur les travaux préliminaires, l’assemblage de nouveaux dendrimères de première et de deuxième génération a été effectué, en utilisant les approches de synthèse divergente et convergente. La structure de nouveaux composés a été prouvée par les techniques RMN du proton et du carbone 13C, spectroscopie FTIR, UV-Vis, analyse élémentaire, spectrométrie de masse et GPC. La biocompatibilité de produits a été évaluée par les tests de cytotoxicité avec le MTT sur les macrophages murins RAW-262.7. La capacité d’encapsuler les principes actifs hydrophobes a été étudiée par les tests avec l’itraconazole, un antifongique puissant mais peu biodisponible. La taille de nanoparticules formées dans les solutions aqueuses a été mesurée par la technique DLS. Ces mesures ont montré que toutes les structures dendritiques ont tendance à former des micelles, ce qui exclue leurs applications en tant que nanocapsules unimoléculaires. L’activité antifongique des formulations d’itraconazole encapsulé avec les dendrimères a été étudiée sur une espèce d’un champignon pathogène Candida albicans. Ces tests ont permis de conclure que pour assurer l’efficacité du traitement, un meilleur contrôle sur le relargage du principe actif était nécessaire. / The drug molecule vectorization is a very promising approach in terms of both medical and economical factors for the delivery of active substances with low bioavailability. In this context, the star polymers and dendrimers, symmetrical and branched macromolecules, seem to be more attractive solutions. Indeed, these structures can effectively combine a high stability in biological media and the ability to encapsulate active ingredients. Thanks to the well-defined architecture, they can achieve a high level of reproducibility of results, while avoiding the problem of polydispersity. In recent years, many dendritic structures have been proposed; however, the design of new effective dendritic nanocarriers is still relevant. This is due to many reasons such as related to biocompatibility, encapsulation efficiency of therapeutic agents, as well as economic reasons. In this project, new branched biocompatible macromolecules were designed, synthesized and evaluated. To increase their effectiveness as encapsulation agents for hydrophobic active principles, the structures of the proposed macromolecules include a hydrophobic central core on the basis of porphyrin, decanediol or modified triolein, and also a hydrophilic outer layer based on succinic acid and polyethylene glycol. The choice of structural elements of future dendrimers was based on the data on their biocompatibility and the results of our preliminary synthesis works, as well as the in silico simulations performed by using the method of molecular mechanics. The preliminary studies allowed for selecting the most promising compounds to effectively form polyesters macromolecules in well controlled manner, as well as to assess in advance the ability of future dendrimers to capture a drug molecule (itraconazole). During this phase, several new intermediates were obtained. The optimization of reaction conditions leading to high yields was performed. Based on the preliminary work, the assembly of new dendrimers of first and second generations was performed, by using the divergent and convergent synthesis approaches. The structures of new compounds were characterized by proton and 13C carbon NMR, FTIR, UV-Vis, elemental analysis, mass spectrometry, and GPC techniques. The biocompatibility of products was evaluated by cytotoxicity tests with MTT on murine RAW 262.7 macrophages. The ability to encapsulate hydrophobic active principles was studied by testing with itraconazole, an antifungal agent with low bioavalability. The size of nanoparticles formed in aqueous solutions was measured by the DLS technique. These measurements showed that all dendritic structures tend to form micelles, which excludes their application as unimolecular nanocapsules. The antifungal activity of itraconazole formulations with dendrimers was studied in a kind of a pathogenic fungus Candida albicans. These tests lead to the conclusion that to ensure the effectiveness of treatment, more control over the release of the active ingredient has been needed.

L'objectif de ce travail était d'étudier l'influence qu'exerce la microstructure des caséines sur la diffusion moléculaire de petites sondes ayant des tailles et des déformabilités différentes. La mobilité de sondes moléculaires flexibles (''PEGs'') et rigides (dendrimères) de taille variée a été étudiée dans des suspensions et des gels de PPCN et de CaNa à différentes concentrations en protéines. Les mesures ont été réalisées par RMN qui permet de sonder des mobilités translationnelles sur une distance de 1,5 µm, mais également des mobilités locales à l'échelle moléculaire (quelques nanomètres) à travers les temps de relaxation T2. Un modèle cohérent a été utilisé et un mécanisme unique a été proposé pour décrire la diffusion de petites sondes dans les deux systèmes de caséine. C'est la combinaison de différents facteurs qui doivent être pris en considération : le rapport de la taille de la sonde à la distance entre les particules obstruantes ou les points d'enchevêtrement ainsi que la flexibilité de la sonde. La mobilité locale des sondes était beaucoup moins réduite que la mobilité translationnelle dans les deux systèmes de caséine. Différents comportements de relaxation ont été obtenus entre les deux systèmes de caséine et une diminution des T2 a été mesurée dans les gels. Ces résultats ont été liés à la mobilité intrinsèque de la matrice. L'ensemble des résultats obtenus ont permis d'avoir une meilleure compréhension de la mobilité des sondes dans les systèmes caséiques et de proposer un nouveau modèle qui contredit celui déjà proposé par Le Feunteun et al. pour expliquer la diffusion des sondes dans ces systèmes. / The aim of this study was to investigate the impact of the casein microstructure on the molecular diffusion of probes with different sizes and deformabilities. The mobility of molecular flexible (‘PEG’) and rigid (dendrimer) probes of various sizes was studied in suspensions and gels of NPC and SC at various protein concentrations. Measurements were carried out by NMR, which makes it possible to probe translational mobilities over a distance of 1.5 microns, as well as local mobilities at the molecular scale (several nanometers) through the relaxation times, T2. A coherent model was used and the same mechanism was proposed to describe the diffusion of small probes in both casein dispersions. It is the combination of different factors that should be considered: the ratio of the probe size to the distance between the obstructing particles or the entanglement points, as well as the flexibility of the probe. The rotational diffusion of PEG and dendrimer probes was less hindered than translational diffusion in both casein systems. Different relaxation behaviors were observed between the two casein systems and retardation in T2 relaxation times was highlighted in rennet and acid casein gels. These results are probably related to the local mobility of the matrix. The overall results of this project led to a better understanding of probe mobility in casein systems and made it possible to propose a new model that challenges the previous one proposed by Le Feunteun et al. to describe the diffusion of probes in casein systems.

La vectorisation des médicaments est une approche très prometteuse tant sur le plan médical qu’économique pour la livraison des substances actives ayant une faible biodisponibilité. Dans ce contexte, les polymères en étoile et les dendrimères, macromolécules symétriques et branchées, semblent être les solutions de vectorisation les plus attrayantes. En effet, ces structures peuvent combiner efficacement une stabilité élevée dans les milieux biologiques à une capacité d’encapsulation des principes actifs. Grâce à leur architecture bien définie, ils permettent d’atteindre un très haut niveau de reproductibilité de résultats, tout en évitant le problème de polydispersité. Bien que des nombreuses structures dendritiques aient été proposées ces dernières années, il est cependant à noter que la conception de nouveaux nanovecteurs dendritiques efficaces est toujours d’actualité. Ceci s’explique par des nombreuses raisons telles que celles liées à la biocompatibilité, l’efficacité d’encapsulation des agents thérapeutiques, ainsi que par des raisons économiques. Dans ce projet, de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles ont été conçues, synthétisées et évaluées. Pour augmenter leur efficacité en tant qu’agents d’encapsulations des principes actifs hydrophobes, les structures de ces macromolécules incluent un coeur central hydrophobe à base de porphyrine, décanediol ou trioléine modifié et, également, une couche externe hydrophile à base d’acide succinique et de polyéthylène glycol. Le choix des éléments structuraux de futures dendrimères a été basé sur les données de biocompatibilité, les résultats de nos travaux de synthèse préliminaires, ainsi que les résultats de simulation in silico réalisée par une méthode de mécanique moléculaire. Ces travaux ont permis de choisir des composés les plus prometteurs pour former efficacement et d’une manière bien contrôlable des macromolécules polyesters. Ils ont aussi permis d’évaluer au préalable la capacité de futurs dendrimères de capter une molécule médicamenteuse (itraconazole). Durant cette étape, plusieurs nouveaux composés intermédiaires ont été obtenus. L’optimisation des conditions menant à des rendements réactionnels élevés a été réalisée. En se basant sur les travaux préliminaires, l’assemblage de nouveaux dendrimères de première et de deuxième génération a été effectué, en utilisant les approches de synthèse divergente et convergente. La structure de nouveaux composés a été prouvée par les techniques RMN du proton et du carbone 13C, spectroscopie FTIR, UV-Vis, analyse élémentaire, spectrométrie de masse et GPC. La biocompatibilité de produits a été évaluée par les tests de cytotoxicité avec le MTT sur les macrophages murins RAW-262.7. La capacité d’encapsuler les principes actifs hydrophobes a été étudiée par les tests avec l’itraconazole, un antifongique puissant mais peu biodisponible. La taille de nanoparticules formées dans les solutions aqueuses a été mesurée par la technique DLS. Ces mesures ont montré que toutes les structures dendritiques ont tendance à former des micelles, ce qui exclue leurs applications en tant que nanocapsules unimoléculaires. L’activité antifongique des formulations d’itraconazole encapsulé avec les dendrimères a été étudiée sur une espèce d’un champignon pathogène Candida albicans. Ces tests ont permis de conclure que pour assurer l’efficacité du traitement, un meilleur contrôle sur le relargage du principe actif était nécessaire. / The drug molecule vectorization is a very promising approach in terms of both medical and economical factors for the delivery of active substances with low bioavailability. In this context, the star polymers and dendrimers, symmetrical and branched macromolecules, seem to be more attractive solutions. Indeed, these structures can effectively combine a high stability in biological media and the ability to encapsulate active ingredients. Thanks to the well-defined architecture, they can achieve a high level of reproducibility of results, while avoiding the problem of polydispersity. In recent years, many dendritic structures have been proposed; however, the design of new effective dendritic nanocarriers is still relevant. This is due to many reasons such as related to biocompatibility, encapsulation efficiency of therapeutic agents, as well as economic reasons. In this project, new branched biocompatible macromolecules were designed, synthesized and evaluated. To increase their effectiveness as encapsulation agents for hydrophobic active principles, the structures of the proposed macromolecules include a hydrophobic central core on the basis of porphyrin, decanediol or modified triolein, and also a hydrophilic outer layer based on succinic acid and polyethylene glycol. The choice of structural elements of future dendrimers was based on the data on their biocompatibility and the results of our preliminary synthesis works, as well as the in silico simulations performed by using the method of molecular mechanics. The preliminary studies allowed for selecting the most promising compounds to effectively form polyesters macromolecules in well controlled manner, as well as to assess in advance the ability of future dendrimers to capture a drug molecule (itraconazole). During this phase, several new intermediates were obtained. The optimization of reaction conditions leading to high yields was performed. Based on the preliminary work, the assembly of new dendrimers of first and second generations was performed, by using the divergent and convergent synthesis approaches. The structures of new compounds were characterized by proton and 13C carbon NMR, FTIR, UV-Vis, elemental analysis, mass spectrometry, and GPC techniques. The biocompatibility of products was evaluated by cytotoxicity tests with MTT on murine RAW 262.7 macrophages. The ability to encapsulate hydrophobic active principles was studied by testing with itraconazole, an antifungal agent with low bioavalability. The size of nanoparticles formed in aqueous solutions was measured by the DLS technique. These measurements showed that all dendritic structures tend to form micelles, which excludes their application as unimolecular nanocapsules. The antifungal activity of itraconazole formulations with dendrimers was studied in a kind of a pathogenic fungus Candida albicans. These tests lead to the conclusion that to ensure the effectiveness of treatment, more control over the release of the active ingredient has been needed.