L'objectif principal de ce travail de thèse étant la préparation de nanovecteurs biocompatibles, nous avons mis au point des systèmes catalytiques exempts de métal pour polymériser les différents monomères préparés dérivés de l’acide diméthylmalique. En présence de ces systèmes catalytiques, la polymérisation anionique par ouverture de cycle (aROP) se déroule de manière contrôlée avec une cinétique plus rapide que celle réalisée en présence d’autres organo-catalyseurs déjà décrit dans la littérature. Nous avons ainsi synthétisé trois homopolymères hydrophobes et deux familles de copolymères di-blocs amphiphiles ayant différentes balances hydrophiles/hydrophobes. Des nanoparticules (NPs) ont été préparées par nanoprécipitation à partir des homopolymères hydrophobes et des copolymères à blocs amphiphiles. La taille des NPs varie entre 30 et 170 nm avec de faibles dispersités (PDI ≤ 0,23) et ayant une très bonne stabilité à 4°C et à 37°C. Des études de cytotoxicité in vitro sur la lignée cellulaire d'hépatome HepaRG ont mis en évidence que toutes les NPs ont une faible toxicité à des concentrations inférieures à 3 μM. En parallèle, une sonde fluorescente, le DiR, a été encapsulée dans les NPs lors de la nanoprécipitation sans affecter les caractéristiques et la stabilité des NPs correspondantes. Enfin, des études in vitro utilisant ces NPs chargées en DiR ont montré que ces dernières étaient effectivement captées par les cellules HepaRG avec différents pourcentages de captation. / The main objective of this PhD thesis being the preparation of biocompatible nanovectors, we have set up metal-free catalytic systems to polymerize various prepared monomers derived from dimethylmalic acid. Using such catalytic systems, the anionic ring opening polymerization (aROP) proceeds in a controlled manner with faster kinetics compared to the organo-catalysts already reported in the literature. Three hydrophobic homopolymers and two families of amphiphilic block copolymers with different hydrophilic/hydrophobic balances have been therefore synthesized. Nanoparticles (NPs) have been prepared by nanoprecipitation of these hydrophobic homopolymers and amphiphilic block copolymers. The size of the NPs ranges from 30 to 170 nm with low dispersity values (PDI ≤ 0.23) and high stability at 4°C and 37°C. In vitro cytotoxicity studies on HepaRG hepatoma cell line have highlighted that all the NPs have low toxicity at concentrations lower than 3μM. In parallel, NPs were loaded with the fluorescent probe DiR without altering the characteristics and the stability of the corresponding DiR loaded NPs. Finally, in vitro studies using NPs loaded with DiR have shown that HepaRG cells effectively uptake the NPs in different percentages of uptake.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RuedaMartinez_GuillermoAndres_M.pdf: 4483284 bytes, checksum: 01caeae720e6b42068cb4cc55f6897d9 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O desenvolvimento de materiais para a aplicação em engenharia tecidual vem sendo um dos grandes desafios na pesquisa de biomateriais. Polímeros não tóxicos e biocompatíveis ao corpo humano são estudados para viabilizar sua aplicação em técnicas avançadas de biofabricação, como a prototipagem rápida. Estas técnicas utilizam biomateriais, permitindo manipular e depositar nestes, células vivas em um processo de construção por camadas de matrizes ou -scaffoldsII, possibilitando seu posterior uso como dispositivos médicos. Dentre os biomateriais que podem ser utilizados na prototipagem rápida para uso biomédico, encontra-se o poli (ácido láctico) ou PLA, o qual é sintetizado a partir do ácido láctico que pode ser obtido por fermentação de açúcares extraídos de fontes renováveis, tais como cana-de-açúcar e milho. O PLA é um polímero biocompatível usado em várias aplicações biomédicas, devido à sua degradabilidade em contato com fluidos corpóreos e capacidade de ser absorvido pelo corpo humano. Trata-se de um polímero muito versátil que pode ser produzido com ampla gama de propriedades. Devido a estas características, encontrar os valores ótimos de todas as variáveis para atingir propriedades específicas do produto, torna-se inviável experimentalmente, visto que há elevado custo e grande tempo requerido pelos experimentos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma planta de processamento virtual para estudar e simular o processo de síntese do PLA a partir de fontes renováveis usando o simulador comercial ASPEN PLUS®. Através das simulações foram identificadas as relações das propriedades do polímero com as condições operacionais (temperatura, pressão, entre outras) e de projeto (volume reacional), visando obter um produto final com alta massa molar e pureza / Abstract: The development of successful materials for use in tissue engineering has been one of the major challenges in biomaterials research. Biocompatible polymers as well as advanced biomanufacturing techniques, such as rapid prototyping, have been extensively studied. These techniques use biomaterials that allow the manipulation and deposition of living cells in a layer-by-layer building process to create- scaffoldsII for further use as medical devices. Poly (lactic acid) or PLA, which is synthesized from lactic acid obtained by fermentation of sugars derived from renewable sources such as sugar cane and corn, is one of the most common biomaterials employed in rapid prototyping. PLA is a biocompatible polymer used in several biomedical applications due to its high biodegradability in contact with body fluids and its ability to be absorbed by the human body. Furthermore, it is a very versatile polymer that can be produced with a wide range of properties. Therefore, the experimental process to adjust and optimize all the variables in order to achieve specific properties of the product is impractical, not only because of the high economic cost it involves, but also because of the time-consuming nature of the process. In this context, the study and simulation of the synthesis of PLA from renewable sources was proposed using the commercial simulator ASPEN PLUS® in order to identify the relationship between the polymer properties and the operating conditions (temperature, pressure, etc.) as well as the design conditions (reaction volume) so as to achieve a final product with high molecular weight number / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:45:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RinconLasprilla_AstridJuliana_M.pdf: 3221598 bytes, checksum: 770b6e18d53feb7a64bc70fd5a1e0f6a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os recentes avanços em biomateriais, como polímeros biodegradáveis e bioreabsorvíveis, juntamente com o desenvolvimento de novas técnicas de biofabricação, estão permitindo criar dispositivos médicos que auxiliam na recuperação de tecidos e/ou órgãos danificados por traumas ou doenças, proporcionando melhor qualidade de vida e saúde pública. O Poli (ácido láctico) (PLA) é, dentre os biomateriais, um dos mais importantes para a produção destes dispositivos, devido às suas propriedades e por ser produzido a partir do ácido láctico, um ácido orgânico de origem biológica, o qual pode ser sintetizado via fermentativa, utilizando açúcares derivados de cana-de-açúcar, no qual o Brasil tem grande destaque mundial. O PLA pode ser obtido por diferentes rotas, mas independente da rota utilizada, requer um rigoroso controle de processo. As condições de operação deste tipo de síntese influenciam amplamente as características finais do produto. Neste contexto, estudar o comportamento do processo de produção de PLA é necessário para desenvolver estratégias de controle que permitam escolher as condições operacionais para obter um produto com as propriedades desejadas. Neste estudo, foi apresentada a síntese e caracterização de PLA por duas rotas convencionais: condensação direta de ácido láctico e síntese por abertura do anel a partir do lactídeo previamente sintetizado a partir de ácido láctico. Também foi realizada a análise das variáveis operacionais (temperatura e tempo de reação), assim como seus efeitos sobre as características do produto, através dos testes de polimerização realizados e da análise das propriedades dos polímeros obtidos. O projeto foi realizado em três partes: síntese do polímero, caracterização deste e comparação dos resultados obtidos pelos dois métodos. As duas rotas de polimerização do ácido láctico resultaram ser adequadas para a obtenção do PLA a partir de ácido láctico nas condições estudadas / Abstract: Recent advances in biomaterials as biodegradable and bioabsorbable polymers, along with the development of new biomanufacturing techniques, are allowing to create medical devices that assist in tissue and/or organs repair damaged by trauma or disease, providing a better quality of life and public health. The Poly (Lactic Acid) (PLA) is, among the biomaterials, one of the most important for the production of these devices due to its properties and because it is produced from lactic acid, an organic acid of biological origin, which can be synthesized through fermentation using sugars derived from sugar cane, in which Brazil has great global leadership. The PLA can be obtained by different routes, but independent from that used, it requires a rigorous process control. The operating conditions of this kind of synthesis largely influence the final characteristics of the product. In this context, studying the behavior of the production process of PLA is required to develop control strategies that allow choosing the operating conditions for a product with the desired properties. In this study is presented the synthesis and characterization of PLA by two conventional routes: direct condensation of lactic acid and ring opening synthesis of lactide previously synthesized from lactic acid. Also carried out analysis of the operating variables (temperature and reaction time), as well as its effects on the characteristics of the product through of the polymerization tests performed and the analysis of the properties of polymers. The project was undertaken in three parts: polymer synthesis, characterization and comparison of the results obtained by two methods. The two routes of lactic acid polymerization were adequate for obtaining the PLA from lactic acid under the conditions studied / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química