Les nanoparticules (NP) de poly(acide lactique) (PLA) sont des vecteurs biodégradables prometteurs pour la vaccination et la délivrance thérapeutique. Cependant leur évaluation in vivo n'est pas toujours couronnée de succès. Un des écueils réside dans la difficulté à suivre la prise en charge cellulaire de ces nanomatériaux à l'échelle d'un organisme, ces NP étant indécelables dans les tissus profonds. L'objectif de cette thèse est de valider l'utilisation des NP de PLA comme plateforme d'imagerie et de vectorisation d'actifs chez Drosophila Melanogaster et d'analyser ainsi le devenir de NP dans un corps entier. Le modèle drosophile a été choisi pour son faible encombrement, sa facilité d'élevage, la diversité des lignées transgéniques et la puissance des outils génétiques à disposition. Il permet également de mener des études mécanistiques in vivo dans un laps de temps restreint. Nous avons évalué in cellulo et in vivo la toxicité de ces NP afin d'établir des conditions optimales expérimentales. Ensuite le potentiel des NP de PLA a été évalué in cellulo sur des cellules de drosophile transfectées transitoirement par un plasmide porteur du gène GFP sous le contrôle du promoteur UAS. Les NP vectorisant le gène gal4 ou la protéine GAL4 permettent de confirmer par simple observation en microscopie à fluorescence l'efficacité de délivrance de molécules actives dans la cellule via la fixation de la protéine GAL4 sur le promoteur UAS. Enfin, ces formulations ont été administrées par voie orale à des drosophiles transgéniques UAS-RFP pour confirmer les résultats précédents in vivo. GAL4 est un outil prometteur pour le suivi indirect de NP dans des organismes transgéniques / The biodegradable NanoParticles (NPs) of PolyLactic Acid) (PLA) are promising vectors for vaccination and therapeutic delivery. However, their in vivo evaluation is not always successful. NPs being undetectable in deep tissues, one of the challenges is the difficulty to follow the cellular uptake of these nanomaterials at the organism level. The aim of this thesis is to validate the use of PLA NPs as an imaging and drug vectorization platform in Drosophila melanogaster, and to analyze their fate in the whole fly body. The Drosophila model was chosen for its small footprint, the ease of breeding, the variety of transgenic lines, and the power of genetic tools available. Tt also allows to carry out in vivo mechanistic studies in a limited time window. We evaluated in cellulo and in vivo toxicity of these NP to determine optimal experimental conditions. Then the potential of PLA NPs was evaluated in cellulo on transiently transfected Drosophila cells by a plasmid carrying the GFP gene under the control of the UAS promoter. A simple observation by fluorescence microscopy of NPs vectorizing the gal4 gene or the GAL4 protein can confirm the effective delivery of active molecules into the cell through the binding of GAL4 protein to the UAS promoter. Finally, these formulations were orally administered to transgenic Drosophila UAS-RFP to confirm the previous in vivo results. GAL4 is a promising tool for indirect monitoring of NPs in transgenic organisms

Le poly (acide lactique) (PLA), est un polymère synthétisé à partir de ressources renouvelables, qui est l'objet de beaucoup d'études à l'heure actuelle mais qui souffre d'une faible résistance au choc. Le but de ce travail est de rechercher des pistes permettant la préparation d'un matériau à base de PLA avec une résistance au choc améliorée tout en minimisant la perte de résistance à la traction. Les travaux présentés ici ont étudié le rôle de nanoparticules élastomères de poly (acrylate de butyle) (PBA) chargées de laponite (LRD) (PBA-LRD) ainsi que de nanocomposites coeur-écorce (PBA-LRD)/poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) en tant qu'agents de renforcement d'une matrice de PLA. Ces nanoparticules ont été dispersées dans la matrice PLA à l'état fondu. La synthèse de ces nanoparticules a été effectuée par polymérisation en émulsion ou miniémulsion. La laponite a été incorporée dans les nanoparticules afin de minimiser la perte de la rigidité tout en améliorant la résistance au choc de PLA. Trois types de tensioactifs et des modifications de surface de la laponite ont été testées pour améliorer l'adhérence entre les particules de PBA et la matrice de PLA. Enfin une écorce de PMMA a été utilisée pour assurer la bonne adhérence entre les particules de PBA et de matrice PLA. Nous avons montré que les particules coeur-écorce ont permis d'augmenter la résistance au choc au 3 fois du PLA tout en réduisant la diminution du module d'Young et la perte de résistance à la traction (~25%). Les propriétés de les particules synthétiques et les propriétés des mélange du PLA avec les particules PBA ou particules coeur-écorce ont été étudiées par diverses techniques de caractérisation (DLS, FTIR, ATG, MET, MEB, RMN 1H, DSC, DMTA...) / Poly (lactic acid) (PLA), come from renewable resources, one of the most important biopolymers, suffers from weak impact resistance. The aim of this work is to develop a process that will allow preparing a PLA with improved impact resistance while minimizing loss in tensile strength. The work presented here examined in detail the synthesis of poly(butyl acrylate) (PBA) nanoparticles charged with laponite (LRD) (PBA-LRD) and (PBA-LRD) / poly(methyl methacrylate) (PMMA) core-shell nanocomposites. They were dispersed phase in PLA matrix and were synthesized by emulsion or miniemulsion polymerization. The clay such as laponite was included in these nanoparticles to minimize the loss of rigidity while improving the impact resistance of PLA. Note that three types of surfactants and some modify agents for LRD have been tried to improve the adhesion between the PBA particles and matrix PLA, PMMA was finally used to ensure a good adhesion between the PBA particles and the matrix. To this end, we explored successively the PLA blend, using PBA nanocomposites and the PBA/PMMA core-shell nanoparticles as reinforcing agents, with improved impact resistance, showing that core-shell particles allowed increasing of 3 times of impact strength of the PLA with a minimum amount of loss (~25%) in Young?s modulus and tensile strength. The properties of the synthetic particles and the properties of PLA blends have been demonstrated by various characterization techniques (DLS, FTIR, TGA, TEM, SEM, 1H-NMR, DSC, DMTA ...)

L'objectif de cette thèse était de mettre en oeuvre le développement d'une thérapie des plaies cutanées profondes basée sur l'utilisation de nanoparticules (NP) biodégradables de poly(acide lactique) (NP-PLA) vectrices de médiateurs de la cicatrisation. Le but était d'accélérer la cicatrisation cutanée et de favoriser la reconstruction d'un derme fonctionnel. La méthode a été de (i) réduire la réaction inflammatoire pour en contenir les effets délétères et (ii) stimuler la réépithélialisation pour accélérer la cicatrisation et réduire le risque infectieux. Les moyens ont été l'utilisation d'un antioxydant, la vitamine E (VE) et d'un facteur de croissance des fibroblastes (le FGF2) vectorisés par des nanoparticules biocompatibles et biodégradables de poly(acide lactique) (PLA). Nos NP-PLA contiennent l'antioxydant (VE) dans leur coeur hydrophobe, et portent le facteur de croissance fibroblastique (FGF2) à leur surface. Ces formulations ont été (i) caractérisées par des méthodes physico-chimiques et (ii) testées par des méthodes in vitro pour évaluer leurs effets potentiels, en tant que système de délivrance de VE et de FGF2, sur la cicatrisation des plaies. Des modèles expérimentaux in vivo ont été développés et caractérisés pour mettre en évidence l'efficacité des NP-PLA fonctionnalisées pour la cicatrisation cutanée et la reconstruction dermique fonctionnelle. Nos résultats montrent que l'activité antioxydante de la VE n'est pas perturbée par l'encapsulation dans des NP-PLA et qu'elle est légèrement supérieure à celle de la VE libre dans un système in vitro. De même, l'activité biologique du FGF2 sur la prolifération et la migration des fibroblastes dans un système in vitro n'est pas altérée par son adsorption sur des NP-PLA. Aucune de ces deux NP-PLA fonctionnalisées n'a de cytotoxicité avérée in vitro. Deux modèles expérimentaux de plaies cutanées profondes ont été développés sur souris sans poils SKH1 saines : (i) Un modèle robuste de brûlure cutanée thermique de 3ème degré qui se caractérise par une inflammation massive de la plaie et par un stade de granulation tardif après 16 jours de cicatrisation. (ii) Un modèle de plaie d'excision cutanée a également été utilisé. Un modèle de cicatrisation retardée a été obtenu par induction chimique d'un diabète de type I stable avant réalisation des plaies d'excision ou de brûlure. Ces modèles de plaies cutanées ont été caractérisés tout au long du processus de cicatrisation par des études (i) macroscopiques de cinétique de fermeture des plaies, (ii) histologiques d'inflammation, de nécrose et de réépithélialisation, (iii) physiologiques de perfusion sanguine cutanée. L'expression de 84 gènes impliqués dans le processus de cicatrisation a été étudiée sur le tissu cicatriciel 14 jours après formation de la plaie. Pour conclure, nos résultats mettent en évidence le potentiel de vectorisation de molécules thérapeutiques des NP de PLA pour le développement de futures stratégies de délivrance ciblée de VE et de FGF2 dans les plaies cutanées profondes. Les modèles expérimentaux in vivo développés et caractérisés, ouvrent la voie aux études précliniques d'efficacité des NP-PLA fonctionnalisées dans le processus de cicatrisation des plaies profondes / The objective of this thesis was to develop a therapy of cutaneous deep wounds based on biodegradable poly (lactic-acid) nanoparticles (PLA-NP) releasing wound healing mediators. The goal was to accelerate wound healing and to promote the reconstruction of a functional dermis. Our method was (i) to reduce the inflammatory reaction in the aim of limiting its deleterious effects, (ii) to stimulate reepithelialization to accelerate wound healing and to reduce the risk of infections. The implementation of means was based on the use of an antioxidant (vitamin E, VE) and a fibroblast growth factor (FGF2) carried by biocompatible and biodegradable poly(lactic-acid) based nanoparticles. Our PLA-NP contained the antioxidant (VE), in their hydrophobic core and carried the fibroblastic growth factor (FGF2) on their surface. These formulations were (i) characterized by physico-chemical methods and (ii) tested by in vitro methods to evaluate their effects as a delivery system of VE and FGF2 on wound healing. Experimental in vivo models have been developed and characterized in the aim of studying the potential beneficial effect of functionalized PLA-NP on wound healing and functional reconstruction of dermis. Our results show that the antioxidant activity of VE was not inhibited by encapsulation into PLA-NP and was lightly increased compared with free VE in an in vitro system. The biological activity of FGF2 on proliferation and migration of fibroblasts in an in vitro system was not altered by adsorption onto PLA-NP as well. No cytotoxicity of these functionalized PLA-NP was detected in vitro. Two experimental models of deep cutaneous wounds were developed on the healthy SKH1 hairless mouse: (i) A robust third degree thermal burn model that was characterized by massive inflammation of the wound and a late granulation stage after 16 days of healing. (ii) A model of excisional skin wound was also used. A model of delayed wound healing was established by chemical induction of stable type I diabetes prior to excision and burn injuries. The healing process of these models of cutaneous wounds was characterized by (i) macroscopic studies of wound closure, (ii) histological studies of inflammation, necrosis and reepithelialization, and (iii) by physiological studies of cutaneous blood perfusion. A study of the expression of 84 genes involved in the healing process was carried out on the scar tissue 14 days post-wound. In conclusion, our results highlight the potential efficacy of PLA-NP as a vector of therapeutic molecules for the development of future strategies for targeted delivery of VE and FGF2 in deep skin wounds. The developed and characterized in vivo experimental models open the way to preclinical studies of efficacy of functionalized PLA-NP on the healing process of deep wounds

Les assemblages colloïdaux représentent une nouvelle piste très prometteuse dans le domaine de l'ingénierie tissulaire. Idéalement, ce type d'assemblage permet l'obtention de matériaux injectables et gélifiants sur le site lésionnel, favorisant par la suite le développement de néo-tissus viables. Ce travail porte sur la formation de tels assemblages à base de chitosane et de poly(acide lactique) (PLA). Deux types d'assemblages ont été conçus et étudiés dans ce travail. Dans une première approche, le mélange de particules anioniques de poly (acide lactique) (PLA) avec du chitosane en solution faiblement acide conduit à la formation de « gels composites », résultant des interactions colloïde-polymère. Des analyses rhéologiques et de diffusion des rayons X aux petits angles ont permit de mettre en évidence le mode de formation et l'influence de plusieurs paramètres sur les propriétés finales de ces gels. Notamment, ils présentent des propriétés rhéofluidifiantes et un caractère réversible, c'est-à-dire que le gel peut se reformer après déstructuration mécanique. Le second type d'assemblage résulte du mélange de particules anioniques de PLA et de nanogels cationiques de chitosane, conduisant à la formation de « gels colloïdaux », par interactions colloïde-colloïde. L'influence de plusieurs facteurs sur la formation et les propriétés de ces gels a également été étudiée par mesures rhéologiques. Notre étude s'est notamment orientée sur la caractérisation et la stabilité des hydrogels physiques de chitosane sous forme colloïdale, ainsi que sur l'optimisation de leur cohésion / Colloidal assemblies may be a promising pathway to obtain injectable scaffolds favoring the development of neo-tissue in regenerative medicine. This work investigates the formation of such assemblies composed of chitosan, soluble or in suspension (nano-hydrogel), and poly(lactic acid) (PLA) nanoparticles. Two types of assemblies are studied. As a first approach, mixing negatively charged PLA particles and chitosan solution leads to the formation of “composite gels”, based on colloidpolymer interactions. Rheological and Small Angle X-Ray Scattering measurements highlighted the formation process and the influence of various parameters on final properties of these gels, which features shear-thinning and reversibility behavior, that is, the capacity to gel again after yielding. PLA nanoparticles could also be mixed with cationic chitosan nanoparticles, which are crosslinker free nano-hydrogels, leading to the formation of “colloidal gels”, based on colloid-colloid interactions. Influence of various parameters on gel synthesis and properties are investigated through rheological measurements. The study also focuses on the characterization and control of the morphological and cohesion properties of chitosan nanogel

Cette étude est une contribution à la valorisation du grignon d’olives (GO), sous produits oléicoles à caractère lignocellulosique. La voie proposée consiste à utiliser le GO comme charge dans des polymères de grande diffusion à savoir le poly (éthylène/propylène) [CEP] d’origine fossile et le poly (acide lactique) [PLA], issu des ressources renouvelables. Les différentes formulations, CEP/GO et PLA/GO, élaborées à l’état fondu dans une extrudeuse bivis ont été étudiés du point de vue des propriétés rhéologiques, thermique, mécanique et de la morphologie. Différents tiers-corps copolymères de structures diverses ont été utilisés dans le but de promouvoir l’adhésion à l’interface des composants et/ou de réduire la dégradation du polymère matrice et améliorer les performances des systèmes composites ainsi conçus. Les observations morphologiques ont corroboré parfaitement l’ensemble des propriétés étudiées. / This study is a contribution to the valorization of Olive Solid Waste (OSW) which displays a Lignocellulosic nature. The proposed approach consists in using the OSW as a filler in commodity polymers namely the poly (ethylene/propylene) [CEP] of fossil origin and the poly (lactic acid), derived from renewable resources. The different formulations, CEP/GO and PLA/GO, processed in the molten state in a twin screw extruder were studied from the side of rheological, thermal, mechanical properties and morphology. Different copolymers of various structures were used in order to promote the adhesion in the interface of the components and/or to reduce the polymer matrix degradation and to improve the composite systems performances. Morphological observations corroborated perfectly the studied properties.

La vaccination est l’un des moyens les plus efficaces de la médecine moderne dans le combat contre les maladies infectieuses. L’amélioration de l’efficacité des vaccins requiert la mise au point d’adjuvants permettant d’accroître la qualité de la réponse immunitaire. À titre d’exemple, les nanoparticules (NP) de poly(acide lactique) (PLA) constituent un système efficace pour la délivrance d’antigènes. Afin de renforcer leur potentiel vaccinal, ce travail de recherche a eu pour objectif d’élaborer des NP de PLA décorées en surface par des molécules immunostimulantes, le D-mannose ou un peptide dérivé de l’interleukine-Beta, et au cœur, par l’imiquimod. Notre stratégie repose sur l’utilisation d’un tensioactif macromoléculaire composé d’un bloc de PLA et d’un bloc de poly(N-acryloxysuccinimide-co-N-vinylpyrrolidone) (P(NAS-co-NVP)), dont les fonctions ester de N-succinimidyle (NS) permettent le couplage de biomolécules. Ce copolymère a été synthétisé par combinaison de la polymérisation par ouverture de cycle et de la polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP). Après l’étude de la copolymérisation du NAS et de la NVP par NMP à partir d’une alcoxyamine modèle (MAMA-SG1), leur copolymérisation a été réalisée à partir de la macro-alcoxyamine PLA-SG1, conduisant au copolymère PLA-b-P(NAS-co-NVP) désiré. Des NP de PLA ont alors été préparées par nanoprécipitation et diafiltration en présence du copolymère, conduisant à des tailles respectives de 150 et 500 nm. Des études de potentiel zêta et de spectrométrie UV ont démontré la présence des esters de NS à la surface des NP (2.4 fonctions.nm-2), disponibles pour le couplage des biomolécules. Des micelles de copolymère ont été également préparées, après substitution des esters de NS par des sucres, et permettent une encapsulation efficace de l’imiquimod, contrairement aux NP de PLA. Ces systèmes constituent une plateforme flexible d’adjuvants potentiels comme alternative aux adjuvants non biodégradables actuellement utilisés. / Vaccination represents one of the most powerful tools of medicine for the fight against infectious diseases. The improvement of vaccine efficiency needs the development of adjuvants able to increase the quality of the immune response. Poly(lactic acid) (PLA) nanoparticles (NPs) represent an efficient system for antigen delivery. In order to improve their vaccine potential, the goal of this research work was to elaborate PLA NPs decorated at the surface with immunostimulatory molecules, D-mannose or peptide derived from interleukine-Beta, and into the core with imiquimod. Our strategy relies on the use of a macromolecular surfactant composed of a PLA block and a poly(N- acryloxysuccinimide-co-N-vinylpyrrolidone) (P(NAS-co-NVP)) block, whose N-succinimidyl (NS) activated esters allow the coupling of biomolecules. This diblock copolymer was synthesized by the combination of ring opening polymerization and nitroxide mediated polymerization (NMP). After the study of the copolymerization of NAS and NVP by NMP from the MAMA-SG1 model alkoxyamine, their copolymerization was performed from the macro-alkoxyamine PLA-SG1, leading to the desired copolymer PLA-b-P(NAS-co-NVP). PLA NPs were then prepared by nanoprecipitation and diafiltration, in the presence of the copolymer, leading to 150 nm and 500 nm sized particles, respectively. Studies of zeta potential and UV spectrometry demonstrated the presence of NS-activated esters at the NP surface (2.4 functions.nm-2), available for the coupling of biomolecules. Micelles from copolymer were also prepared, after substitution of esters with carbohydrates, and allowed an efficient encapsulation of imiquimod, contrary to PLA NPs. These systems represent a flexible platform of potential adjuvants as an alternative to non-biodegradable adjuvants currently used.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-06T20:12:23Z No. of bitstreams: 1 TACIANA REGINA DE GOUVEIA - TESE PPG-CEMat 2014..pdf: 4953603 bytes, checksum: ea581c261908041111cd0d411a551545 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-06T20:12:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TACIANA REGINA DE GOUVEIA - TESE PPG-CEMat 2014..pdf: 4953603 bytes, checksum: ea581c261908041111cd0d411a551545 (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / Capes / Os polímeros derivados do petróleo têm provocado impactos ambientais devido ao descarte inadequado. Uma alternativa para esse problema é a utilização de polímeros biodegradáveis ou a produção de blendas a partir destes polímeros. Neste trabalho, foram preparadas blendas de poli (ácido lático) - PLA, poli (caprolactona) - PCL, com três copolímeros diferentes: EMA, E-GMA e o EMAGMA que são copolímeros de etileno-acrilato de metila, etileno-metacrilato de glicidila e o terpolímero etileno-acrilato de metila-metacrilato de glicidila, respectivamente. As composições utilizadas para as blendas foram as seguintes: PLA/PCL (90/10), PLA/PCL (80/20), PLA/Copolímeros (90/10) e PLA/PCL/Copolímeros (80/10/10). Estas foram preparadas por fusão em uma extrusora de rosca dupla corrotativa e, em seguida, moldadas por injeção sob a forma de corpos de prova de tração, impacto e HDT. Todas as composições foram caracterizadas por: ensaios mecânicos de tração e impacto, temperatura de distorção térmica - HDT, calorimetria exploratória diferencial - DSC, difração de raios X - DRX, análise térmica dinâmica-mecânica - DMTA, espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier - FTIR, microscopia eletrônica de varredura - MEV, reometria de torque, ensaio reológico e reometria capilar. As propriedades mecânicas apresentaram redução nos valores do módulo e da resistência à tração e um aumento no alongamento e na resistência ao impacto para todas as composições quando comparadas com o PLA puro, com destaque para as composições que continham o copolímero EMA-GMA. A HDT não apresentou mudanças significativas para as diferentes composições em comparação com o PLA puro. O comportamento térmico e termomecânico foi avaliado por DSC e por DMTA e foi possível observar a transição térmica das blendas. Por DRX foi possível observar as fases cristalinas das blendas de PLA. A morfologia da superfície de fratura observada por MEV ilustrou que ocorreram mudanças significativas em função da composição. Os resultados de reometria de torque não apresentaram mudanças significativas no comportamento do PLA, enquanto que os resultados obtidos no ensaio reológico ilustraram aumento no módulo de armazenamento em todas as composições. A partir do ensaio de reometria capilar foi visto que houve redução da viscosidade aparente e da tensão de cisalhamento sob altas taxas de cisalhamento para todas as composições. / The polymers derived from petroleum have caused environmental impacts due to improper disposal. An alternative to this problem is the use of biodegradable polymers or blends production from these polymers. In this work, blends of poly (lactic acid) - PLA, poly (-caprolactone) - PCL, were prepared with three different copolymers: EMA, E-GMA and EMA-GMA are copolymers the ethylene-methyl acrylate, ethylene-glycidyl methacrylate and terpolymer ethylene-methyl acrylate-glycidyl methacrylate respectively. The compositions used in the blends were as follows: PLA/PCL (90/10) PLA/PCL (80/20) PLA/ Copolymer (90/10) and PLA/PCL/Copolymer (80/10/10). These were prepared by melting in an extruder twin screw co-rotating and then injection molded in the form of specimens tensile, impact and HDT. All compositions were characterized by: mechanical tensile and impact , heat distortion temperature - HDT, differential scanning calorimetry - DSC, X-ray diffraction - XRD, dynamic mechanical thermal analysis – DMTA, spectroscopy in the infrared region by transform Fourier - FTIR, scanning electron microscopy - SEM, torque rheometer, rheological testing and capillary rheometer. The mechanical properties showed reduced values of modulus and tensile strength and an increase in elongation and impact resistance for all compositions when compared with pure PLA, especially for compositions containing copolymer EMA-GMA. The HDT showed no significant changes for the different compositions compared with pure PLA. The thermal and thermomechanical behavior was evaluated by DSC and DMTA and it was possible to observe the thermal transition of the blends. XRD was possible to observe the crystalline phases of the blends of PLA. The morphology of the fracture surface was observed by SEM illustrated that significant changes as a function of composition. The torque rheometer results showed no significant change in the behavior of PLA, while the rheological test results illustrate the increase in storage modulus in all compositions. From the test capillary rheometer was seen that there was a reduction in the apparent viscosity and shear stress at high shear rates for all compositions.