Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les aérogels sont des matériaux nano-structurés ultralégers, hautement poreux et présentant une surface spécifique élevée. Les bio-aérogels sont une nouvelle génération d'aérogels entièrement bio-sourcés, offrant de ce fait de grands potentiels pour des applications à l’interface avec le vivant tout en valorisant la biomasse. Dans le cadre de cette thèse, la pectine a été utilisée pour produire des bio-aérogels. Deux principaux objectifs ont été atteints : • Le premier était de déterminer et de maîtriser les corrélations existantes entre les caractéristiques de la pectine et les conditions de préparation d’une part, avec la structure interne de l'aérogel et ses propriétés physico-chimiques d’autre part. • Le second était d’évaluer et développer les aérogels de pectine pour deux applications distinctes : l'isolation thermique et la libération de médicaments. Il a été établi que les différents mécanismes de formation du réseau, la gélification et la séparation de phase, jouaient un rôle majeur sur la morphologie et les propriétés finales de l'aérogel. La conductivité thermique des aérogels de pectine s'est révélée très faible, de l'ordre de 0,015 à 0,020 W/(m.K), et a présenté une courbe de dépendance en forme de U avec leurs densités. Les aérogels ont également été utilisés en tant que matrices supports de médicament. Les cinétiques de libération du médicament en milieu liquide ont été corrélées aux structures et densités des aérogels de pectine. Des aérogels composites, de type cellulose-pectine et silice-pectine, ont été préparés et utilisés comme supports de médicament menant à une libération prolongée du principe actif dans le temps. Dans cette thèse, nous avons mis en évidence le potentiel élevé des aérogels de pectine utilisés en tant que biomatériaux avancés, versatiles et aux fonctionnalités ajustables. / Aerogels are ultra-light, highly porous and nano-structured materials with high specific surface area. Bio-aerogels are a new generation of aerogels that are fully biomass-based, which opens up a lot of potentials in biomass valorization and life science applications. In this work pectin was used to produce bio- aerogels. Two main objectives were achieved : • The first was to understand and correlate the characteristics of pectin and the preparation conditions with the internal structure of aerogel and its physico-chemical properties. • The second was to evaluate and develop pectin aerogels as advanced bio-materials for the two different applications : thermal insulation and drug delivery. Various mechanisms of network formation, gelation and non-solvent induced phase separation, were demonstrated to play a very important role in aerogel morphology and properties. Thermal conductivity of pectin aerogels was very low, around 0.015 - 0.020 W/(m.K), and showing U-shape dependence on density. When used as drug delivery matrices, the kinetics of drug release was correlated with pectin aerogels’ structure and density. Composite cellulose-pectin and silica-pectin aerogels were synthesized and also used as drug carriers; a prolonged release was recorded. A high potential of pectin aerogels to be used as versatile bio-materials with advanced tunable functionalities was demonstrated.

Les interactions aliment-médicaments nuisant aux processus de libération et/ou à la stabilité de leurs principes actifs doivent être caractérisées en raison de leurs conséquences adverses sur la biodisponibilité orale, l’efficacité thérapeutique et, dans le cas des agents anti infectieux, la sélection d’organismes résistants. Notre étude a évalué la relation entre l'efficacité de la libération in vitro de la chlortétracycline (CTC) et de la lincomycine (LIN) dans le liquide gastrique simulé de porc (LGSP) et la capacité de rétention d'eau (CRE) d’ingrédients couramment utilisés dans l’alimentation des porcs (tourteau de soja (TS), drèche de distillerie sèche avec solubles (DDS) et farine de viande et d'os (FVO), maïs, blé, et seigle), que l’on a fortifié avec 880 ppm de CTC ou 440 ppm de LIN. La CRE des ingrédients différait significativement (p <0,0001) et était maximale avec le TS, aussi bien dans l'eau que le LGSP. Le FVO avait une CRE significativement plus basse dans le LGSP que dans l'eau (p <.0001). Les effets du temps de trempage sur la CRE étaient négligeables pour tous les ingrédients (p> 0,50). La CRE diminue avec l'augmentation de la taille des particules pour tous les aliments, mais leurs relations différaient significativement (p<0.0001). Tous les ingrédients alimentaires testés ont diminué la vitesse et l'étendue de la dissolution des prémélanges de CTC et de LIN. Le CRE était le principal facteur qui a empêché la dissolution des deux médicaments (p <0,0001), tandis que le temps et la teneur en cendres des ingredients favorisaient significativement leur dissolution (p ≤ 0,008). En comparaison des prémélanges dissouts seuls, le DDS et le seigle ont libéré 80% de ces antibiotiques, tandis que le TS, le blé et le maïs en ont libéré entre 40 et 50%. La neutralisation du LGSP au pH intestinal porcin a diminué les proportions dissoutes d’antibiotiques, mais pas significativement (p>0.69). La CRE des ingrédients utilisés dans la fabrication d'aliments médicamenteux serait donc un indicateur prometteur des interactions aliment-prémélange médicamenteux de LIN et de CTC. Afin d'augmenter leur libération et leur potentiel thérapeutique, la formulation des aliments médicamenteux pourrait être améliorée en utilisant des ingrédients alternatifs, dont la CRE est moindre. / Food-drug interactions adversely affecting the release process and the stability of their active ingredients must be characterized because of their adverse consequences on oral bioavailability, therapeutic efficacy and, in the case of antibiotics, selection resistant organisms. Our study evaluated the relationship between the efficiency of the in vitro release of chlortetracycline (CTC) and lincomycin (LIN) in simulated pig gastric fluid (SPGF) and the water-holding capacity (WHC) of feedstuffs commonly used in pig feed (soybean meal (SBM), dry distillers' grain with solubles (DDGS) and meat and bone meal (MBM), corn (gC), wheat (gW), and rye (gR), which it was fortified with 880 ppm CTC or 440 ppm LIN. The WHC of ingredients differed significantly (p <0.0001) among feedstuffs with the highest value for SBM both in water and SPGF and lowest value for MBM. The MBM had a significantly lower WHC in SPGF than in water (p <.0001). The effects of soaking time on WHC were negligible for all feedstuffs (p> 0.50). The WHC decreased with increasing particle size for all feedstuffs, but their relationships differed significantly (p <0.0001). All the tested feedstuffs decreased the rate and extent of dissolution of the CTC and LIN premixes. WHC was the main factor that hindered the dissolution of both drugs (p <0.0001), while the time and ash content of the ingredients significantly favored their dissolution (p ≤ 0.008). Compared to the dissolved premixes alone, DDGS and gR released 80% of these antibiotics, while SBM, gW and gC released between 40% and 50%. Neutralization of SPGF at swine intestinal pH decreased the dissolved proportions of antibiotics, but not significantly (p> 0.69). The WHC of the used feedstuffs in the manufacture of medicated feed would therefore be a promising indicator of the feed-drug interactions of LIN and CTC. To increase their release and therapeutic potential, the formulation of medicated feeds could be improved by using alternative ingredients, with less WHC.