L'étude de matériaux intelligents, capables de s'adapter à des stimuli externes est actuellement en plein développement. La ligne directrice de cette thèse est la création de mousses avec des propriétés optiques particulières dans le domaine visible et modulables par un champ magnétique. Cela pose deux problèmes: parvenir d'une part à réaliser une mousse ordonnée constituée de cellules de taille micrométrique et d'autre part à coupler efficacement son arrangement avec un champ magnétique. Ce travail, au cœur des thématiques de la matière molle, se divise en trois parties. La première partie décrit le comportement rhéophysique de solutions aqueuses d'alginate de sodium (polyélectrolyte anionique) et de nanoparticules magnétiques, solutions qui gélifient en présence d'ions calcium. La seconde partie concerne les mousses aqueuses et les bulles monodisperses micrométriques: il est d'abord présenté l'étude de la pression osmotique et de la transition structurelle en fonction de la fraction liquide d'une mousse cristalline générée par un dispositif microfluidique (diamètre des bulles: ~ 100 µm). Puis, une méthode originale basée sur le rétrécissement de bulles est introduite pour créer des bulles ou des gouttes monodisperses micrométriques. Enfin, la troisième partie rassemble les différentes connaissances acquises pour accéder aux premières mousses gélifiées magnéto-stimulables.

Nombre de principes actifs rencontrent des problèmes liés à leur faible hydrosolubilité : mauvaise biodisponibilité, métabolisation désactivante, effets secondaires. Pour contourner ce problème, des polyélectrolytes amphiphiles aléatoires ont déjà été étudiés. S'ils ont amélioré la solubilité apparente de composés hydrophobes, ils étaient parallèlement toxiques ou non dégradables, donc non éliminables par l'organisme. Dans ce mémoire, nous présentons la synthèse de différentes malolactones substituées. La copolymérisation anionique par ouverture de cycle de ces lactones a permis d'obtenir une famille de polyanions amphiphiles aléatoires avec un taux d'hydrophobisation variable et contrôlé, et des chaînes latérales, aliphatiques ou aromatique, de différentes longueurs. Ces polymères augmentent la solubilité aqueuse apparente de composés hydrophobes. Lorsque le composé est cationique, une synergie entre interactions hydrophobes et électrostatiques a été mise en évidence. La solubilité apparente de molécules anti-infectieuses a ainsi pu être améliorée de plusieurs ordres de grandeur. Dans les conditions d'une administration intraveineuse (NaCl 9 g.L-1 et pH = 7,5), ces polymères forment préférentiellement des micelles intramoléculaires qui ne sont pas sensibles aux effets de dilution. Un tel système de transport de principes actifs ne produirait donc aucune libération prématurée. Ces polymères étant de plus dégradables, ils pourraient libérer le principe actif et seraient éliminables par l'organisme. Les polymères présentés dans ce manuscrit remplissent les principaux critères physico-chimiques pour former un système de transport de molécules actives. / Lots of drugs meet some problems because of their poor water-solubility : poor bioavailability, desactivating metabolization, side effects. To overcome these problems, some amphiphilic polyelectrolytes have already been studied. They increased the apparent water-solubility of hydrophobic compounds, but were toxic or not degradable, thus could not be eliminated from the body. In this work, we describe the synthesis of various substituted malolactones. Anionic ring opening copolymerization of these lactones yielded random amphiphilic polyanions with varying and controlled hydrophobization ratio and aliphatic and aromatic side chains with different lengths. These polymers increase the apparent water-solubility of hydrophobic compounds. A synergy between hydrophobic and electrostatic interactions has been demonstrated when the compound is cationic. The apparent solubility of anti-infectious drugs could thus be increased by several orders of magnitude. Under intravenous injection conditions (NaCl 9 g.L-1 and pH = 7,5), these polymers form preferentially intramolecular micelles, which are not sensitive to dilution effects. As a consequence, such a drug transport system would yield no premature release. Being also degradable, these polymers could release the drug and be eliminated from the body. They meet all main physico-chemical criteria to become a drug transport system.

Les taux élevés de mortalité et de morbidité associés aux maladies vasculaires en font des pathologies dont les conséquences physiopathologiques, chirurgicales et socio-économiques sont d’une importance majeure pour le système de santé. Malgré leurs avantages, la disponibilité limitée des vaisseaux autologues a conduit au développement de prothèses synthétiques. Cependant, leur surface hautement thrombogène limite leur utilisation dans la substitution des vaisseaux de petit calibre (< 6 mm). De ce fait, à cause de leur obstruction précoce, la reconstitution d’une surface luminale proche de l’endothélium natif est incontournable. Pourtant, les revêtements de surface actuellement disponibles possèdent de médiocres qualités de rétention des néo-endothélium lorsqu’ils sont soumis à des contraintes de cisaillement physiologiques. Dans ce travail, nous proposons un substitut vasculaire de petit calibre endothélialisé réalisé à partir de trois éléments : 1) une matrice préparée à partir d’une artère ombilicale désendothélialisée, 2) un recouvrement de surface innovant constitué du film multicouche de polyélectrolytes (MPE) (PAH-PSS)3-PAH, et 3) un néo-endothélium constitué de cellules endothéliales matures ou progénitrices. Les études in vitro menées sur ces substituts ont montré que la formation, la rétention sous contraintes de cisaillement et la fonctionnalité du néoendothélium élaboré sur la surface luminale étaient améliorées par le film MPE. L’implantation du substitut par pontage termino-latéral sur le lapin a montré que le cahier des charges imputé aux substituts de petit calibre était rempli, principalement en termes de perméabilité et de diamètre, mais aussi de résistance à la suture et aux infections. En conclusion, le film MPE favorise le développement d’un substitut vasculaire de petit diamètre perméable à « long » terme et qui pourrait répondre aux exigences des chirurgiens / Vascular diseases with their high rate of mortality and morbidity belong to the pathologies involving important socio-economic factors for health system. Despite the advantages of autografts, the limited availability of autologous vessels has led to the development of synthetic prostheses. However, their high thrombogenic surface limits their use as small calibre vascular substitutes (< 6 mm). To prevent narrowing of small diameter vascular grafts, the reconstruction of a luminal surface close to the native endothelium is essential. However, the retention of the neo-endothelium subjected to shear stress is poor on the coatings currently available. In this work, we developed a small calibre endothelialized vascular substitute thanks to three elements: 1) a natural matrix prepared from umbilical artery, 2) an innovative coating based on the polyelectrolytes multilayer film (PEM) (PAH-PSS)3-PAH, and 3) used for cell culture of mature or progenitor endothelial cells. In vitro studies have shown that the formation, the retention under shear stress and the endothelial function of the neoendothelium on the luminal surface were improved by PEM film. The anastomosis of this substitute on rabbits has shown that the specifications essential to small calibre vascular grafts were reached, mainly in terms of permeability and diameter but also of resistance to suture and infections. In conclusion, PEM films helped us to develop a small diameter vascular substitute with long term patency

Les pathologies vasculaires représentent aujourd’hui l’une des principales causes de mortalité mondiale et leur nombre ne cesse d’augmenter. Les greffons autologues (disponibilité faible) et les prothèses synthétiques inadaptées pour des vaisseaux de diamètre inférieur à 6 mm ne répondent pas à la demande et il existe aujourd’hui, un réel besoin en substitut vasculaire pour les petits vaisseaux. Ainsi, le concept de l’ingénierie vasculaire semble très prometteur. Cette approche est fondée sur l’utilisation de matrices « scaffold » associées à une composante cellulaire pour construire, dans des conditions environnementales adaptées, un vaisseau qui réponde et réagisse aux contraintes physiologiques. Dans cet objectif, la fonctionnalisation d’une media vasculaire constituée de cellules musculaires lisses (CML) est prérequise. Aux CML matures qui ne sont pas de bons candidats (perte de leur phénotype contractile lors de la culture), nous avons identifié les cellules souches mésenchymateuses (CSM) de la gelée de Wharton (tissu conjonctif du cordon ombilical) comme source cellulaire majeure. Leur facilité de récupération, leur présence en grand nombre, leur faible immunogénicité et leur capacité de prolifération et différenciation en font d’excellents candidats en ingénierie tissulaire. Dans ce travail nous avons déterminé les conditions favorables à l’obtention d’un phénotype CML fonctionnelles et montré l’impact de différents paramètres environnementaux (apport en oxygène, facteurs de croissance, teneur en sérum…) sur le comportement des CSM de la gelée de Wharton. Nous avons pu montrer que 1) ces cellules étaient capables de se différencier en cellules au phénotype contractile comparable à celui des CML matures. 2) L’utilisation des films multicouches de polyéléctrolytes (FMP) en tant que support d’adhérence cellulaire a montré que les CSM de la gelée de Wharton avaient un comportement spécifique selon la charge de surface conduisant vers une cultures tridimensionnelle inadaptée sur (PAH-PSS)3 PAH et en monocouche sur films (PAH-PSS)4, 3) Ces cellules pouvaient être cultivées sur des hydrogels d’alginate fonctionnalisés par les FMP pour fournir un feuillet cellulaire susceptible de recréer une media vasculaire. / Vascular diseases represent today one of the leading causes of global mortality and the number is increasing. Autologous transplants (limited availability) and synthetic prostheses unsuitable for vessels with a diameter less than 6 mm are not sufficient and there is now a real need of vascular substitute for small vessels. Thus, the concept of vascular engineering seems very promising. This approach is based on the use of "scaffold" associated with a cellular component to build in suitable environmental conditions, a vessel that reacts with the physiological constraints. To this aim, the functionalization of an incorporated media vascular smooth muscle cells (SMC) is a prerequisite. Insteag of using Mature CML which are not good candidates (loss of contractile phenotype in culture), we identified mesenchymal stem cells (MSCs) from Wharton's jelly (connective tissue of the umbilical cord) as a major cellular source. Their easiness of recovery, their presence in large numbers, their low immunogenicity, their proliferation and differentiation capacity make them excellent candidates for tissue engineering. In this work we determined the conditions for obtaining a functional CML phenotype and showed the impact of different environmental parameters (oxygen level, growth factors, serum content ...) on the behavior of CSM jelly Wharton. We have shown that: 1) these cells were able to differentiate into cells in contractile phenotype comparable to that of mature SMC. 2) The use of multilayer films of polyelectrolytes as cell adhesion support has shown that MSCs from the Wharton jelly had a specific behavior according to surface charge leading to an inappropriate three-dimensional cultures (PAHPSS)3-PAH and monolayer films on (PAH-PSS)4, 3) These cells could be grown on functionalized alginate hydrogels to provide a cellular sheet which may recreate a vascular media

Cette thèse propose tout d’abord une méthode originale, appelée 2 en 1, de construction contrôlée, couche-par-couche, de films de polyélectrolytes, basée sur le dépôt d’un unique complexe polycation-polyanion. Détaillée dans le cas du poly(éthylènedioxythiophène)-poly(styrènesulfonate) PEDOT-PSS, la méthode est ensuite étendue avec le même succès à d’autres complexes (poly(éthylèneimine) branché-poly(4 styrènesulfonate), poly(diallyldiméthylammonium)-poly(4 styrènesulfonate) et poly(allylamonium)-poly(4 styrènesulfonate)).Les films 2 en 1 de PEDOT PSS sont robustes vis-à-vis d’un recuit thermique et possèdent une conductivité électronique indépendante de leur épaisseur. Cette conductivité peut être améliorée en utilisant un composite contenant des nanoparticules d’or Au Np PEDOT PSS. Des superstructures alternant dépôts de PEDOT PSS et de composite ont, en outre, pu être construites.La construction est contrôlée non seulement sur des substrats rigides (verre, wafer de silicium) mais également sur des substrats élastomère de type silicone (polydiméthylsiloxane PDMS). Le traitement du PDMS par polymérisation plasma d’EDOT sous vide permet le dépôt subséquent de films 2 en 1 de PEDOT PSS. Par ailleurs, la pulvérisation cathodique d’or sur le PDMS permet d’obtenir des conducteurs étirables, de surcroît utilisables comme substrats de films 2 en 1 de PEDOT PSS.Enfin, de nouveaux complexes aqueux synthétisés par voie chimique à partir d’EDOT et d’un polysaccharide (sulfate de chondroïtine A) ont conduit à des films présentant une très bonne conduction qui peut être augmentée par inclusion de nanoparticules d’or. Ces nouveaux composés sont porteurs d’un potentiel très prometteur. / This thesis proposes firstly an original method, called 2 in 1 method, for controlled, layer-by-layer, polyelectrolytes film buildup, based on the deposition of a sole polycation-polyanion complex. Detailed on the case of poly(ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT-PSS), the method was then extended with the same success to other complexes (branched poly(ethyleneimine)-poly(4 styrenesulfonate), poly(diallyldimethylammonium)-poly(4 styrenesulfonate) and poly(allylamonium)-poly(4 styrenesulfonate)).The 2 in 1 PEDOT PSS films are robust regarding thermal annealing and have an electronic conductivity independent of their thickness. This conductivity can be improved by using a composite containing gold nanoparticles Au Np PEDOT PSS. Superstructures alternating PEDOT PSS and composite depositions were also obtained.Film buildup is controlled not only on rigid substrates (glass, silicon wafer) but also on elastomeric substrates of the silicon type (polydimethylsiloxane PDMS). The treatment of PDMS by vacuum plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of EDOT allows subsequent deposition of 2 in 1 PEDOT-PSS films. Besides, gold sputter deposition on PDMS reaches stretchable conductors. Gold sputtered PDMS can further act as a substrate for 2 in 1 PEDOT-PSS films.Finally, new aqueous complexes, chemically synthesized from EDOT and a polysaccharide (chondroitin sulfate A), lead to films which exhibit a very good conduction, which can be improved by the inclusion of gold nanoparticles. These new complexes are very promising in the field of conductive biomaterials.

La thèse décrit la caractérisation physico-chimique et les applications électroanalytiques de nouveaux matériaux nanocomposites, déposés sur des surfaces d'électrode par autoassemblage électrostatique de polyélectrolytes (PE), d'enzymes et de nanoparticules d'or (NP).<br />La croissance de ces films multicouches fut suivie in situ par spectroscopie et microgravimétrie. L'électrochimie a permis de quantifier le processus de transfert d'électron, la perméabilité des films et la cinétique électroenzymatique. Des relations structure-propriétés furent établies par modélisation cinétique et structurale.<br />La glucose oxydase et la polyphénol oxydase furent assemblées sur des électrodes d'or et de carbone vitreux avec le polydiallyldimethylammonium et le chitosane. L'assemblage de NP et de PE redox, à base de complexe d'osmium ou de viologène, conduit à des films nanocomposites dont les propriétés de conduction électronique furent caractérisées et appliquées au développement de transducteurs.

Des expériences de diffusion de la lumière et des neutrons réalisées sur des solutions de polyélectrolytes semi-rigides et rigides modèles en présence d'un excès de sel ont montré qu'en régime dilué ces solutions ont le comportement typique de bon solvant. En régime semi-dilué, la fonction d'autocorrélation est bimodale. Le mode rapide est relié à la longueur de corrélation du réseau et le mode lent est lié à la présence d'associations (phénomène unique des polysaccharides). L'étude de solutions de chitosane alkylé réalisée à partir d'expériences de diffusion du rayonnement et de rhéologie a permis de déterminer le diagramme de phase complexe constitué de : (i) une phase surnageante de chaînes individuelles libres, (ii) une phase diluée d'agrégats micellaires de type "bouquet de fleurs" en équilibre avec les chaînes non associées, (iii) un domaine biphasique constitué d'un gel et d'une solution visqueuse et (iv) un réseau associatif où les agrégats fleurs sont interconnectés.

L'optimisation des états de surface constitue un enjeu majeur pour les biomatériaux utilisés dans le domaine biomédical. Le titane (Ti) et ses alliages à base de nickel (NiTi) restent à ce jour les biomatériaux métalliques de prédilection dans nos applications cliniques en Odontologie (implants dentaires, instruments endodontiques, et arcs orthodontiques). Le but de nos recherche est d'optimiser les surfaces du Ti et NiTi en les fonctionnalisant par des films multicouches de polyélectrolytes (FMP). Notre travail propose d'étudier différents paramètres devant être impérativement validés avant d'envisager une quelconque application biomédicale in vivo avec ce type de revêtement. Une recherche bibliographique exhastive appuie notre recherche expérimentale. Le premier axe du travail propose de déterminer si des FMP peuvent effectivement s'adsorber chimiquement sur le Ti et le NiTi. qui plus est, une étude biologique est réalisée avec des cellules humaines pour tester la biocompatibilité des ces surfaces fonctionnalisées. La deuxième partie se concentre sur la biocompatibilité de la couche précurseur des FMP à base de polyéthyléneimine (PEI). Les résultats mettent en lumière une certaine cytotoxicité de la PEI envers des ostéoblastes et des fibroblastes gingivaux humain. Pour clore ce travail, nous réalisons des essais de stérilisation afin d'évaluer l'influence d'un tel procédé sur les FMP en terme de caractérisations physico-chimique et biologique des surfaces. La perspective d'une application biomédicale avec les FMP semble prometteuse, notamment en y introduisant des molécules bioactives. Cependant, bien d'autres paramètres sont encore à étudier avant d'envisager une application expérimentale et/ou clinique in vivo. Nous pouvons citer par exemple, le vieillissement des FMP, leur comportement en milieu salivaire ou fluoré, ou encore leur résistance à l'usure. Ces différents éléments rentrent dans les perspectives d'un projet post-doctoral. / Optimization of surface properties is a fundamental priority for biomaterials uses in biomedical applications. Titanium (Ti) and nickel-titanium alloys (NiTi) are the references in terms of metallic biomaterials for clinical applications in Odontology (Dental implants, endodontic instrumentations, and orthodontic arches). The aim of our work is to study the Ti and NiTi surfaces coated with polyelectrolytes multilayers films (PEM). Our work study various parameters needed to be validated before using this functionalized surface treatment for biomedical and clinical applictions in vivo. The first part of this work aims at defining the possibility to chemically adsorb PEM coating on Ti and on NiTi surfaces. Moreover, we have realized a biological study with human cells to test the biocompatibility of functionalized surfaces. In the second part of this thesis, we tested the biocompatibility of the multilayered structure in regards to the precursor base layer of PEM, the polyethyleneimine (PEI). Our reuslts show that the PEI is not cytotoxic towards osteoblasts and human gingival fibroblasts. Finally, we relaized tests of sterilization to evaluate PEM stability in terms of physico-chemical and biological surface characterizations. The development of specific biomedical applications for PEM is an exciting perspective, especially when these firms are functionalized with bioactive molecules. However, many other parameters murst be studied before imagining an experimental or clinical application in vivo. As an example, PEM degradation as well as behaviour in salivary or fluoride solution, still needs to be tested.

Les multicouches de polyélectrolytes, systèmes auto-assemblés par adsorptions successives de polycations et polyanions, peinent à trouver des applications concrètes en raison de leur fragilité mécanique et du temps nécessaire à leur assemblage. Pour améliorer leur tenue mécanique, nous avons développé une méthode d'assemblage couche-par-couche par liaisons covalentes de films polymères. Des films formés de polymères portant des groupements alcynes et azides ont ainsi été réticulés par une réaction click catalysée par les ions Cu+ obtenus par voie électrochimique. Pour améliorer le mode d'assemblage, l'auto-construction en une seule étape de films par approche morphogénique, a été développée. Cette approche, confinée à la surface et caractérisée par la présence en solution de l'ensemble des constituants, marque une rupture. Elle permet ainsi un contrôle spatial de l'assemblage des films et la combinaison de plusieurs modes d'interactions pendant leur assemblage. Des films dont la cohésion repose sur des interactions covalentes, hôtes-invités et supramoléculaires, ont ainsi été assemblés. L'introduction de nanoparticules métalliques dans les films (multicouches et auto-construits) a également été effectuée dans le but de développer des électrodes de grande surface spécifique.

Cette thèse présente une étude de la structure de solutions de polyélectrolytes (PEs) dans les liquides ioniques (LIs) et de la structure locale des LIs en présence de PEs. Les techniques de diffusion de rayons X et de neutrons ont été principalement utilisées pour cette étude. Dans une première partie, la capacité des LIs à former des " clusters " à l'échelle nanoscopique est démontrée. Dans une seconde partie, l'influence de la nature des contreions et du solvant sur le comportement du polystyrène sulfonate (PSS) en solution est abordée. La conformation moyenne du PSS et son état de dispersion dans les milieux aqueux et organiques sont alors explorés dans une troisième partie. Une étude similaire pour le cas spécifique des milieux LIs est présentée dans une quatrième partie. Finalement, d'autres polymères, chargés ou neutres, en solution dans les LIs, sont considérés dans une cinquième et dernière partie.