Le polyéthylène glycol (PEG) a longtemps été considéré comme biologiquement inerte, mais il est maintenant clair que non seulement les anticorps antiPEG existent, mais qu'aussi ceux-ci peuvent être répandus dans la population. Actuellement, le mécanisme par lequel ces anticorps se lient et interagissent avec les protéines plasmatiques est encore à l'étude. Cependant, nous savons qu'ils sont responsables du phénomène de clairance accélérée (ABC) et de certains effets néfastes comme : l'hypersensibilité et l'anaphylaxie. D'ailleurs, une étude récente suggère que 7% de la population préexposée (72%) au PEG possèdent un taux d'anticorps élevés (immunoglobuline G ˃ 500 ng/mL), ce qui les rend plus sujets à faire des réactions allergiques.¹ ² Entre autres, six personnes sur 272 000 auraient été atteintes d'anaphylaxie, potentiellement causée par la présence du PEG, lors de l'injection du vaccin de Pfizer-BioNTech contre la COVID-19 en date de décembre 2020. Il est important au fur et à mesure que nous développons des modalités thérapeutiques utilisant des polymères, d'évaluer leurs effets in vivo. Plusieurs alternatives au PEG ont été proposées comme le polyvinylpyrrolidone, le poly(N-isopropylacrylamide), le poly(glycérol) et le poly(2-oxazoline). Malheureusement, à ce jour, aucun de ces polymères n'a encore réussi à être approuvé pour des applications biomédicales et pharmaceutiques. Les objectifs de cette étude étaient dans un premier temps de synthétiser un polymère qui pourrait potentiellement remplacer le PEG à la surface de vecteurs pharmaceutiques tels que les liposomes ou les nanoparticules. Un polymère alkylé à base de monoglycérol acrylate a été incorporé dans une formulation de liposomes. Dans un deuxième temps, l'ancrage de ce polymère à la surface du vecteur a été évalué. Nos résultats démontrent que son caractère amphiphile, créé par une ou des chaînes alkyles influence l'ancrage des polymères dans la bicouche lipidique et ainsi sa réponse in vivo. / For a long time, polyethylene glycol (PEG) has been considered as biologically inert, but it is now clear that not only antiPEG antibodies do exist , but also, they can be widespread in the general population. Currently, the mechanism by which these antibodies bind to the plasmatic proteins is still under investigation. However, they are responsible for the phenomenon of accelerated blood clearance and some adverse effects such as hypersensitivity and anaphylaxis. Moreover, recent studies suggest that 7% of the population pre-exposed (72%) to PEG have a high level of antibodies (immunoglobuline G ˃ 500 ng/mL), making them susceptible to allergic reactions.¹ ² Among other things, 6 out of 272 000 people did suffer from anaphylaxis during the injection of Pfizer-BioNTech's COVID-19 vaccine last December, potentially because of the presence of PEG in the formulation. It is therefore very important as we develop therapeutic modalities using polymers, to assess their effects in vivo. Several alternatives have been proposed to PEG such as polyvinylpyrrolidone, poly(N-isopropylacrylamide), poly(glycerol) and poly(2-oxazoline). Unfortunately, to date none of these polymers have yet succeeded reaching the FDA approved PEG standard. The objectives of this study were initially to synthesise a polymer which could potentially replace PEG on the surface of pharmaceutical vectors such as liposomes or nanoparticles. An amphiphilic polymer based on monoglycerol acrylate was incorporated into a liposome formulation. Secondly, the anchoring of this polymer to the surface of our vector was evaluated using several techniques. Our results demonstrate that the amphiphilic character, created by one or many alkyl chains is important, and it influences drastically the anchoring of the polymer into the bilayer but also the pharmacokinetic (PK) of the nanocarrier.

Le polyéthylène glycol (PEG) a longtemps été considéré comme biologiquement inerte, mais il est maintenant clair que non seulement les anticorps antiPEG existent, mais qu'aussi ceux-ci peuvent être répandus dans la population. Actuellement, le mécanisme par lequel ces anticorps se lient et interagissent avec les protéines plasmatiques est encore à l'étude. Cependant, nous savons qu'ils sont responsables du phénomène de clairance accélérée (ABC) et de certains effets néfastes comme : l'hypersensibilité et l'anaphylaxie. D'ailleurs, une étude récente suggère que 7% de la population préexposée (72%) au PEG possèdent un taux d'anticorps élevés (immunoglobuline G ˃ 500 ng/mL), ce qui les rend plus sujets à faire des réactions allergiques.¹ ² Entre autres, six personnes sur 272 000 auraient été atteintes d'anaphylaxie, potentiellement causée par la présence du PEG, lors de l'injection du vaccin de Pfizer-BioNTech contre la COVID-19 en date de décembre 2020. Il est important au fur et à mesure que nous développons des modalités thérapeutiques utilisant des polymères, d'évaluer leurs effets in vivo. Plusieurs alternatives au PEG ont été proposées comme le polyvinylpyrrolidone, le poly(N-isopropylacrylamide), le poly(glycérol) et le poly(2-oxazoline). Malheureusement, à ce jour, aucun de ces polymères n'a encore réussi à être approuvé pour des applications biomédicales et pharmaceutiques. Les objectifs de cette étude étaient dans un premier temps de synthétiser un polymère qui pourrait potentiellement remplacer le PEG à la surface de vecteurs pharmaceutiques tels que les liposomes ou les nanoparticules. Un polymère alkylé à base de monoglycérol acrylate a été incorporé dans une formulation de liposomes. Dans un deuxième temps, l'ancrage de ce polymère à la surface du vecteur a été évalué. Nos résultats démontrent que son caractère amphiphile, créé par une ou des chaînes alkyles influence l'ancrage des polymères dans la bicouche lipidique et ainsi sa réponse in vivo. / For a long time, polyethylene glycol (PEG) has been considered as biologically inert, but it is now clear that not only antiPEG antibodies do exist , but also, they can be widespread in the general population. Currently, the mechanism by which these antibodies bind to the plasmatic proteins is still under investigation. However, they are responsible for the phenomenon of accelerated blood clearance and some adverse effects such as hypersensitivity and anaphylaxis. Moreover, recent studies suggest that 7% of the population pre-exposed (72%) to PEG have a high level of antibodies (immunoglobuline G ˃ 500 ng/mL), making them susceptible to allergic reactions.¹ ² Among other things, 6 out of 272 000 people did suffer from anaphylaxis during the injection of Pfizer-BioNTech's COVID-19 vaccine last December, potentially because of the presence of PEG in the formulation. It is therefore very important as we develop therapeutic modalities using polymers, to assess their effects in vivo. Several alternatives have been proposed to PEG such as polyvinylpyrrolidone, poly(N-isopropylacrylamide), poly(glycerol) and poly(2-oxazoline). Unfortunately, to date none of these polymers have yet succeeded reaching the FDA approved PEG standard. The objectives of this study were initially to synthesise a polymer which could potentially replace PEG on the surface of pharmaceutical vectors such as liposomes or nanoparticles. An amphiphilic polymer based on monoglycerol acrylate was incorporated into a liposome formulation. Secondly, the anchoring of this polymer to the surface of our vector was evaluated using several techniques. Our results demonstrate that the amphiphilic character, created by one or many alkyl chains is important, and it influences drastically the anchoring of the polymer into the bilayer but also the pharmacokinetic (PK) of the nanocarrier.

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

L'observation en calorimétrie lente du comportement du polyéthylène et d'autres polyoléfines lors de la fusion et lors de la cristallisation a permis d'identifier des indicateurs de déformation et de relaxation. La présence de ces mêmes phénomènes est attendue pour le poly (oxyde d'éthylène) lorsque soumis au même traitement. Les présents travaux portant sur l'analyse IR du PEO dans l'état solide et dans l'état fondu furent motivés par les recherches précédentes du laboratoire du Dr. Geneviève Delmas-Patterson sur le polyéthylène et l'amylose. Dans le cas de l'amylose, l'intérêt était principalement orienté vers la fraction déformable du réseau ainsi que sur les états de non équilibre. Pour le PE, les analyses en FTIR et en calorimétrie lente ont mené à la détermination de la composition phasique à RT après différentes histoires thermiques et aussi en fonction de la température. À l'aide de la FTIR, il est possible d'obtenir, avec un certain degré de confiance, la teneur en fraction ordonnée, désordonnée et tendue dans un échantillon. La possibilité d'observer les mêmes concepts pour le PEO que pour le PE et l'amylose à l'aide de traitements thermiques et des techniques telles que la FTIR et la calorimétrie lente semblait pertinente. Le développement de tension pendant le vieillissement, à travers des changements de phases initiés par des traitements thermiques ou par les interactions entre molécules est intéressant à suivre et peut ouvrir des pistes d'information permettant de mieux comprendre les mélanges complexes à base de PEO. Les spectres IR sont utilisés dans cette recherche pour avoir une information sur la morphologie du PEO. Contrairement à d'autres polymères, des modifications apparemment modestes de 1'histoire du film ont un effet remarquable sur l'organisation des chaînes et le spectre IR. Grâce à la présence de liaisons non polaires (CH2-CH2) et polaires (CH2-O) dans la séquence, le PEO a des propriétés uniques, révélées par son spectre. Pour caractériser les vibrations, on compare habituellement les spectres des échantillons préparés différemment, en solution ou soumis à une force mécanique (pression ou étirement). Dans ce travail, nous avons procédé différemment en utilisant une rampe de température pour modifier l'échantillon. Ceci a l’avantage d'être un processus contrôlé de création de tension pendant l'expansion du matériau. La rampe lente permet - mieux que les rampes rapides habituelles - d'accéder à de nouveaux états d'équilibre entre les chaînes. L'état fondu est ainsi atteint graduellement. Nous avons utilisé deux vitesses de chauffe qui conduisent à des spectres différents. De façon très inattendue, un autre paramètre s'est révélé capable de changer le spectre et la morphologie de films analysés à température ambiante. C'est l'épaisseur du film qui a un effet sur la cinétique d'évaporation du solvant. Dans la première partie, il est question des effets de déformations modérées durant la cristallisation et de la mise en évidence de bandes sensibles à la déformation observées lorsqu'un film de PEO est soumis à un cycle de fusion et de cristallisation. Dans la seconde partie, les résultats obtenus avec le PEO sont comparés avec ceux obtenus par notre laboratoire sur le polyéthylène. Il est aussi question de l'effet inattendu de l'épaisseur des films et de l'observation en FTIR d'un film de PEO soumis à une fusion très lente. Il ressort des travaux menés sur le PEO en fonction de la température que les effets augmentent lors de l'augmentation de la température et diminuent lorsque la température diminue. Trois phénomènes apparaissent comme des conséquences de la rampe de température soit, tout d'abord l'observation de nouvelles bandes sensibles à la température dans la région 1090-1100 cm-1, ce dans l'état solide et dans l'état fondu. Ensuite, des signaux spécifiques dans la région 500-650 cm-1. Finalement, la variation modeste, mais inattendue de l'absorbance intégrée dans le PEO fondu entre les températures de fusion et de cristallisation est à mettre en parallèle avec les effets thermiques observés par calorimétrie quand une rampe lente de température remplace la rampe rapide standard. L'observation de bandes larges et d'absorbance non différenciée dans l'état fondu plus importante chez les échantillons traités thermiquement et aussi l'augmentation de bandes fines est associée avec la formation d'un réseau. En incluant l'absorbance non différenciée, la différence d'absorbance totale entre l'état solide et l'état fondu est négligeable, laissant croire que la perte d'organisation cristalline à grande distance pendant la fusion est remplacée par de l'ordre à petite distance dans le polymère. Dans la deuxième partie de ce mémoire, les spectres du PEO sont comparés avec ceux du PE naissant et ceux d'échantillons soumis à différentes histoires telles que des films préparés en solution, des films préparés à l'aide d'une presse, des films traités thermiquement. Il s'avère que certaines caractéristiques sont communes entre le PEO et le PE. Les spectres des films de PEO d'épaisseur variant de 5 à 90 μm, préparés en solution, ne permettent pas comme on l'aurait attendu de mesurer le coefficient d'absorption de certaines bandes. Cette caractéristique est due à la sensibilité de celles-ci à la conformation des chaines qui elle-même dépend de petites différences dans l'histoire de l'échantillon. L'évaporation lente du solvant dans un film épais favorise la formation d'un réseau dont les jonctions sont faites des interactions coopératives entre les groupes CH2-CH2 et CH2-O des chaines. La présence de bandes multiples, la réduction de l'absorbance du complexe carbone-oxygène ainsi que la présence d'absorbance non différenciée sont aussi des indications d'une organisation en réseau ordonné à petite distance dans le matériau. Finalement, le traitement à très faible vitesse (0.05 K/min) entre 33 et 140 °C d'un film de PEO permet d'observer un phénomène de fusion incomplète interprété comme la formation spontanée d'une morphologie de type verre créant un réseau ordonné à petite distance suffisamment fort pour restreindre le mouvement des chaînes même au-delà de la température de fusion du polymère. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Poly (oxyde d'éthylène), réseau, FTIR

L’application des connaissances scientifiques fondamentales ainsi que les récents progrès technologiques en nanoscience ont permis l’émergence d’une nouvelle discipline dans les sciences médicales dénommée la nanomédecine. Cette discipline consiste à développer des objets, dénommés nanoparticules, dont le registre de taille est de l’ordre de 100 nanomètres et qui visent à améliorer l’efficacité des molécules pharmacologiquement actives en altérant favorablement leur pharmacocinétique. Le développement rationnel des nanomédicaments passe par une série d’étapes où les interactions des nanomédicaments avec l’organisme vivant sont caractérisées. Cette caractérisation nécessite, comme condition préalable, d’être apte à extraire les nanoparticules à partir de matrices biologiques complexes après leur administration in vivo. Dans ce travail de maîtrise, nous proposons une méthodologie alternative aux techniques d’extraction couramment utilisées. Celle-ci est basée sur l’immunoprécipitation par l’utilisation d’anticorps dirigés contre le polyéthylène glycol (PEG), le PEG étant un polymère hydrophile fréquemment utilisé dans la fabrication de nanomédicaments. La méthodologie est validée par l’exploitation de trois types de colloïdes PEGylés : les nanoparticules polymériques, les liposomes, ainsi que les protéines conjuguées. Nous proposons une caractérisation du processus d’extraction et démontrons son applicabilité pour l’extraction de nanoparticules PEGylées, à partir de solutions simples ainsi qu’à partir du plasma in vitro et après administration in vivo. Par ailleurs, nous proposons une application de cette méthode d’extraction en complément aux expérimentations de pharmacocinétique, où l’extraction des nanoparticules à partir du sang permet de déterminer la variation de taille de ces dernières in vivo. Nous pensons que cette méthodologie sera utile pour permettre une meilleure compréhension des interactions entre les nanoparticules et les organismes vivants et aidera par conséquent dans le développement des nanomédicaments. / The application of fundamental science as well as the recent technological progress in nanoscience allowed for the emergence of a new field within the medical sciences, named nanomedicine. This discipline consists in the development of objects, with a size in the 100 nm range, called nanoparticles, which aims to favorably alter the pharmacokinetics of pharmacologically actives molecules. Rational development of nanomedicines requires a series of experimental steps during which the interactions of nanoparticles with living organisms are characterized. A requirement for this characterization is the ability to extract nanoparticles from complex biological media following their administration in vivo. In this master’s program work, we propose immunoprecipitation by using antibodies directed against polyethylene glycol (PEG) as an alternative methodology for nanoparticles extraction. PEG is a hydrophilic polymer often utilized for the fabrication of nanomedicines. Herein, we validate the methodology using three types of nanoparticles: polymeric, liposomes, and conjugated proteins. We provide a characterization of the extraction process and demonstrate its applicability for the extraction of PEGylated nanoparticles from simple solutions as well as from plasma in vitro and after in vivo administration. Furthermore, we provide a methodology utilizing the novel extraction technique for the determination of changes in nanoparticles size distribution during pharmacokinetics studies. We believe this methodology will help to better understand the interactions of nanoparticles with living organisms and facilitate the development of more efficient nanoparticles.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le polyéthylène glycol (PEG) est un polymère reconnu comme généralement sécuritaire (GRAS) et son utilisation est très répandue dans plusieurs domaines, dont celui de la pharmaceutique. Ce polymère peut être conjugué à des protéines ou des vecteurs pharmaceutiques transportant des médicaments afin de prolonger le temps de circulation dans l'organisme. Bien que le PEG ait été considéré comme non immunogène, des études récentes montrent qu'environ 20 à 70 % de la population possèdent des anticorps capables de reconnaitre le polymère. Par un effet neutralisant, ces anticorps anti-PEG pourraient réduire l'efficacité et le temps de circulation de certains médicaments PEGylées. Ces travaux s'intéressent à comprendre les mécanismes derrière la réponse immunitaire anti-PEG des vecteurs pharmaceutiques et plus particulièrement des nanoparticules de polymère composé de PLGA-PEG. Notre hypothèse est que ces nanoparticules de polymère causent la production d'anticorps anti-PEG initier à l'aide de la cascade du complément. Lors de ces travaux, des anticorps anti-PEG étaient mesurés après sept jours, peu importe la voie d'administration des nanoparticules. L'isotype des anticorps dirigés contre le PEG mesuré est majoritairement des IgM. Les anticorps anti-PEG en circulation réduisent le temps de circulation de différentes architectures PEGylées, dont les nanoparticules et les liposomes. La présence des anticorps IgM anti-PEG altère les protéines retrouvées à la surface des nanoparticules. Des souris splénectomisées ont été utilisées dans plusieurs expériences afin d'investiguer le rôle de la rate dans la production des anticorps anti-PEG après l'administration de nanoparticules. Chez les souris qui ne possédaient pas de rate, la production des anticorps anti-PEG était abrogée lorsque les nanoparticules étaient administrées par voie intraveineuse. Par voie d'injection sous-cutanée, une petite quantité d'anticorps anti-PEG était mesurée après sept jours dans le plasma des souris splénectomisées. Ensuite, deux modèles de souris avec une cascade du complément abrogé (CVF) ou absence (C3[exposant -/-]) ont été utilisés pour investiguer le rôle de la cascade du complément sur la production des anticorps anti-PEG. La cascade du complément semble impliquée dans la production des anticorps anti-PEG lorsque les nanoparticules sont administrées par voie intraveineuse. Lors d'une injection sous-cutanée des nanoparticules, la concentration IgM anti-PEG mesurée après 7 jours est similaire entre le groupe témoin et le groupe ne possédant pas de cascade du complément active. Finalement, des études en cytométrie en Flux avec des nanoparticules fluorescente administrée à des souris avec et sans complément nous ont permis d'identifier l'importance des protéines du complément sur l'interaction entre les cellules immunitaires et les nanoparticules. Les protéines du complément à la surface des nanoparticules semblent favoriser leur interaction avec les lymphocytes B splénique. Les protéines du complément ne semblent pas changer l'interaction des nanoparticules avec les cellules B des ganglions lymphatiques après une administration sous-cutanée. Ces résultats suggèrent que le différent mécanisme est impliqué lors de la production des anticorps anti-PEG, selon la route d'administration des nanoparticules. Des études supplémentaires sont requises pour comprendre les effets de ces anticorps anti-PEG en clinique. / Polyethylene glycol (PEG) is a polymer recognized as generally safe (GRAS) and its use is widespread in several fields. This polymer can be conjugated to proteins or pharmaceutical carriers carrying drugs to prolong circulation time in the body. Although PEG has been considered as non-immunogenic, recent studies show that approximately 20-70% of the population have antibodies that can recognize the polymer. Through a neutralizing effect, these anti-PEG antibodies could reduce the effectiveness and circulation time of certain PEGylated drugs. This work focuses on understanding the mechanisms behind the anti-PEG immune response of pharmaceutical vectors and more particularly of polymer nanoparticles composed of PLGA-PEG. Our hypothesis is that these polymer nanoparticles cause the production of anti-PEG antibodies to initiate with the help of the complement cascade. During this work, anti-PEG antibodies were measured after 7 days, regardless of the route of administration of the nanoparticles. The isotype of the antibodies directed against the PEG was IgM. Anti-PEG antibodies in circulation reduce the circulation time of different PEGylated architectures including nanoparticles and liposomes. The presence of anti-PEG IgM antibodies alters the proteins found on the surface of the nanoparticles. In addition, anti-PEG antibodies promote the activation of the complement cascade which helps eliminate subsequent doses of nanoparticles. Splenectomized mice have been used in several experiments to investigate the role of the spleen in the production of anti-PEG antibodies after the administration of nanoparticles. In mice without a spleen, the production of anti-PEG antibodies was abrogated when the nanoparticles were administered intravenously. By subcutaneous injection, a small quantity of anti-PEG antibodies were measured after seven days in the plasma of splenectomized mice. Two mouse models with an abrogated complement cascade (CVF) or absence (C3[superscript -/-]) were used to investigate the role of the complement cascade on the production of anti-PEG antibodies. The complement cascade seems to be involved in the production of anti-PEG antibodies when the nanoparticles are administered intravenously. During a subcutaneous injection of the nanoparticles, the anti-PEG IgM concentration measured after 7 days is similar between the control group and the group without an active complement cascade. Finally, Flow cytometry studies with fluorescent nanoparticles administered to mice with and without complement allowed us to identify the importance of complement proteins on the interaction between immune cells and nanoparticles. Complement proteins on the surface of the nanoparticles appear to promote their interaction with splenic B lymphocytes. The complement deposited on the nanoparticles does not appear to direct their interaction with the B cells of the lymph nodes after subcutaneous administration. These results suggest that different mechanisms are involved in the production of anti-PEG antibodies, depending on the route of administration of the nanoparticles. Further studies are required to understand the effects of these anti-PEG antibodies in the clinic.

Cette thèse porte sur la caractérisation de différents systèmes membranaires et se divise en deux grandes parties. Une première partie traite des interactions entre des membranes modèles de phospholipides et des agents chimiothérapeutiques, les chloroéthylurées (CEU) et une deuxième partie présente un système membranaire, appelés nanoÉrythrosomes, utilisé potentiellement comme transporteur de molécules d'intérêt thérapeutique. Ces deux systèmes ont été caractérisés par un duo de méthodes spectrales soit la spectroscopie infrarouge et la résonance magnétique nucléaire. Plusieurs dérivés de CEU, différents de par leur structure et leur activité cytotoxique, ont été étudiés. Leurs interactions avec des membranes de phospholipides ont d'abord été étudiées par spectroscopie RMN des solides du deutérium afin de montrer l'effet de l'incorporation des CEU sur l'ordre conformationnel du phospholipide deutéré utilisé. Des mesures de l'écart quadrupolaire des deutérons de la chaîne acyle ont permis d'appuyer un modèle proposé pour l'incorporation des CEU dans des membranes modèles de phospholipides. Des systèmes similaires ont ensuite été étudiés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) afin de vérifier l'effet de ces molécules sur les chaînes acyle de phospholipides saturés et insaturés et ce, en présence et en absence de cholestérol. L'effet observé est fortement corrélé à la structure de la CEU et à son activité anticancéreuse. L'ensemble de ces travaux a également permis de montrer que l'effet des CEU les plus cytotoxiques est toujours présent à plus faible concentration. Dans la seconde partie de la thèse, le nanoÉrythrosome, système biologique composé de lipides et de protéines provenant de membranes de globules rouges, a été étudié comme système pur et recouvert de polyéthylène glycol de poids moléculaire de 2000 et 5000 g-mol"1 . Par le greffage de polyéthylène glycol à sa surface, le nanoÉrythrosome devient alors un système intéressant pour la libération de médicaments. La spectroscopie infrarouge a permis de caractériser ce système tant au niveau de sa portion lipidique que protéique en fonction de la température. La spectroscopie RMN des solides du phosphore-31 et la microscopie électronique ont permis quant à elles de démontrer que la présence de polyéthylène glycol diminue l'agrégation des nanoÉrythrosome entre eux.

L'objectif de ce travail était d'étudier l'influence qu'exerce la microstructure des matrices laitières sur la diffusion moléculaire.<br />Une première partie de ce travail a permis d'étudier la diffusion de sondes de taille variable, des polyéthylèneglycols (PEGs), dans des gels de caséines ayant différentes structures. Les variations des coefficients de diffusion ont été reliées à la porosité du réseau. Dans un second temps, ces résultats ont été complétés par la mesure en continu de la diffusion de sondes par RMN au cours de la formation des gels de caséines. Deux tailles de PEG ont été sélectionnées et leur diffusion a été mesurée au cours des procédés de coagulation présure, acide et mixte. L'évolution de la diffusion de la sonde de petite taille a été reliée aux modifications de structure et de porosité des agrégats micellaires, tandis que la diffusion du PEG de plus grande taille a été expliquée par la porosité du réseau. La confrontation de ces résultats avec des mesures rhéologiques et des images de microscopie électronique à balayage a permis de mettre en évidence les potentialités de la technique RMN à gradient de champ pulsé pour étudier les microstructures des matrices caséiques à différentes échelles.

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.

The role of a protein-repelling coating is to limit the interaction between a device and its physiological environment. Plasma-polymerized-PEG (pp-PEG) surfaces are of great interest since they are known to avoid protein adsorption. and cell attachment. However, in all the studies previously published in the literature, the PEG coatings have been prepared using low pressure processes. <p>In this thesis, we synthesize biocompatible pp-PEG coatings using atmospheric pressure plasma. Two original methods are developed to obtain these pp-PEG films. 1. Atmospheric pressure plasma liquid deposition (APPLD) consists in the injection of the precursor, tetra(ethylene glycol)dimethylether (tetraglyme), by means of a liquid spray, directly in the post-discharge of an atmospheric argon plasma torch. 2. In atmospheric pressure plasma-enhanced chemical vapor deposition (APPECVD), tetraglyme vapors are brought in the post-discharge trough a heating sprinkler. The chemical composition, as well as the non-fouling properties of the APPLD and APPECVD films, are compared to those of PEG coatings synthesized by conventional low pressure plasma processes.<p>In the first part of the study, the effect of the power on the chemical composition of the films has been investigated by infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and secondary ions mass spectroscopy (SIMS). <p>The surface analysis reveals that for the APPECVD samples, the fragmentation of the precursor increases as the power of the treatment is increased. In other terms, the lower the plasma power is, the higher the “PEG character” of the resulting films is. Indeed, the C-O component (286.5 eV) of the XPS C 1s peak is decreasing while the hydrocarbon component (285 eV) is increasing as the power of the plasma is increased. The same conclusion can be drawn from the signature ToF-SIMS peaks (m/z = 45 (CH3&61485;O&61485;CH2+ and +CH2CH2&61485;OH), 59 (CH3&61485;O&61485;CH2&61485;CH2+), 103 (CH3&61485;(O&61485;CH2&61485;CH2)2+)) that are decreasing in the case of high power treatments. Accordingly, IRRAS measurements show that the C-O stretching band is decreasing for high power plasma deposition. This is in agreement with the observations made from the analysis of the LP PECVD coatings and from the literature.<p>The films deposited by the APPLD process do not show the same behavior. Indeed, whatever the power injected into the discharge is, we are able to achieve films with a relatively high PEG character (&61566;83 %).<p>The second part of this study is dedicated to the evaluation of the non-fouling properties of the coatings by exposing them to proteins (bovine serum albumin and human fibrinogen) and cells (mouse fibroblasts (L929 and MEF)) and controlling the adsorption with XPS (proteins) and SEM (cells).<p>For the APPECVD samples, a low plasma power (30 W) leads to an important reduction of protein adsorption and cell adhesion (over 85%). However, higher-powered treatments tend to reduce the non-fouling ability of the surfaces (around 50% of reduction for a 80 W deposition). <p>The same order of magnitude (over 90% reduction of the adsorption) is obtained for the APPLD surfaces, whatever is the power of the treatment. <p>Those results show an important difference between the two processes in terms of power of the plasma treatment, and a strong relationship between the surface chemistry and the adsorption behavior: the more the PEG character is preserved, the more protein-repellent and cell-repellent is the surface. / Le rôle d’une couche empêchant l’adsorption de protéines est de limiter les interactions entre un implant et le milieu physiologique auquel il est exposé. Les films de poly(éthylène glycol) polymérisés par plasma (pp-PEG) sont d’intérêt majeur car ils sont connus pour empêcher l’adsorption de protéines ainsi que l’attachement cellulaire. Cependant, dans toutes les études publiées précédemment, les couches de type PEG ont été réalisées sous vide.<p>Dans cette thèse de doctorat, nous synthétisons des couches de type pp-PEG biocompatibles par plasmas à pression atmosphérique. A cette fin, deux méthodes originales ont été développées. 1. La première méthode consiste en l’injection du précurseur, le tetra(éthylène glycol) diméthyl éther (tetraglyme), en phase liquide, en nébulisant ce dernier au moyen d’un spray, directement dans la post-décharge d’une torche à plasma atmosphérique fonctionnant à l’argon. En anglais, nous appelons ce procédé « Atmospheric pressure plasma liquid deposition (APPLD) ». 2. Dans la deuxième méthode, appelée en anglais « Atmospheric pressure plasma-enhanced chemical vapor deposition (APPECVD)», le tetraglyme est amené en phase vapeur dans la post-décharge, au moyen d’un diffuseur chauffant. La composition chimique des dépôts de type APPLD et APPECVD, ainsi que leurs propriétés d’anti-adsorption sont évaluées, et comparées aux dépôts pp-PEG obtenus par les méthodes à basse pression conventionnelles.<p>Dans la première partie de cette étude, nous nous focalisons sur la composition chimique des films déposés, et plus particulièrement sur l’influence de la puissance injectée dans le plasma sur cette composition chimique. A cette fin, nous avons fait appel à des techniques d’analyse telles que la spectroscopie de réflexion-absorption infrarouge (IRRAS), la spectroscopie des photoélectrons X (XPS) et la spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS). <p>Il en ressort que les films de type APPECVD perdent progressivement leur « caractère PEG » à mesure que la puissance de la décharge plasma est élevée. Cela serait dû à une plus grande fragmentation du précurseur dans la post-décharge d’un plasma plus énergétique. Cette tendance est cohérente avec ce que nous avons observé pour les dépôts à basse pression ainsi que dans la littérature.<p>Dans le cas des films de type APPLD, un tel comportement n’a pas été mis en évidence :quelle que soit la puissance dissipée dans le plasma, les films présentent un « caractère PEG » relativement élevé.<p>La deuxième partie de cette thèse est dédiée à l’évaluation des propriétés d’anti-adsorption des films synthétisés, en les exposant à des protéines (albumine de sérum bovin et fibrinogène humain) et des cellules (fibroblastes de souris, L929 et MEF). L’adsorption de protéines est contrôlée par XPS tandis que l’attachement cellulaire est contrôlé par imagerie SEM.<p>Pour les échantillons de type APPECVD, un dépôt à faible puissance (30 W) mène à une importante réduction de l’adsorption de protéines et de cellules (> 85%) tandis qu’à de plus hautes puissances (80 W), l’anti-adsorption est sensiblement diminuée (50% de réduction). Dans le cas des dépôts de type APPLD, quelle que soit la puissance du plasma, une forte diminution de l’adsorption de protéines et de cellules est observée (> 90 %).<p>Ces résultats montrent une différence majeure entre les deux procédés quant à l’influence de la puissance du plasma ainsi qu’une forte relation entre la composition chimique de la surface synthétisée et son pouvoir d’anti-adsorption :plus le « caractère PEG » du dépôt est conservé, plus la surface empêchera l’interaction avec les protéines et les cellules. <p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished