Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Ce travail de recherche est consacré à l’ingénierie d’un nouveau nanobiohybride à base de nanorubans de titanates pour la médecine régénérative. Dans un premier temps, les nanorubans ont été synthétisés par traitement hydrothermal et leurs caractéristiques morphologiques, structurales et chimiques ont été définies. Une caractérisation fine par différentes techniques de microscopie électronique à transmission a notamment permis de déterminer leur épaisseur; dimension qui n’avait encore jamais été mesurée. Par la suite, les nanorubans de titanates ont été fonctionnalisés par différents PEG hétérobifonctionnels préalablement synthétisés au laboratoire. Ces polymères présentent à l’une de leurs extrémités des groupements fonctionnels spécifiques pouvant se coupler à de nombreuses molécules biologiques. Des peptides de type collagène contenant des sites de reconnaissance cellulaire ont alors été greffés sur ces extrémités. Le nanobiohybride ainsi formé devra permettre l'adhésion et la prolifération des cellules favorisant in fine la cicatrisation et la régénération tissulaire. Pour évaluer les propriétés biologiques du nouveau nanobiohybride, la cytoxicité et le pouvoir agrégeant des nanorubans de titanes ont été déterminés par des tests MTT, réalisés sur deux populations de cellules (cardiomyocytes et fibroblastes) et par des tests d’agrégation plaquettaire (sang humain). Enfin, dans le cas d’une utilisation pour favoriser le processus de cicatrisation, le nouveau nanobiohybride a été formulé sous forme d’un hydrogel d’alginate de sodium permettant une application directe sur les tissus lésés. Pour confirmer l’intérêt de cette formulation galénique, des premiers tests in vivo ont été réalisés / This research work is devoted to new nanohybrid engineering composed of titanate nanoribbons for regenerative medicine. Over a first phase, nanoribbons were synthesized by hydrothermal treatment and their morphological, structural and chemical features were defined. A fine characterization by means of different techniques of transmission electron microscopy mainly enabled to determine their thickness; dimension which had never been measured so far. Subsequently, titanate nanoribbons were functionalized by different home-made heterobifunctional PEG. Those polymers present at one of their extremities specific functional groups being able to couple with numerous biological molecules. Some collagen type peptides containing cellular recognition sites were grafted onto those extremities. The so-formed nanobiohybrid will permit cellular adhesion and proliferation favouring in fine tissue healing and regeneration. To evaluate new nanohybrid biological properties, titanate nanoribbons cytoxicity and aggregating power were determined by MTT tests, performed on two cell populations (fibroblasts and cardiomyocytes) and platelet aggregation tests (human blood). Finally, when used to promote healing process, the new nanobiohybrid was formulated in the form of sodium alginate hydrogel permitting a direct application on damaged tissues. To confirm the interest of this galenic form, initial in vivo tests were realized

Cette thèse a pour objectif d’étudier les propriétés physico-chimiques de capsules à cœur liquide à base d'hydrogel d'alginate et de contrôler leur perméabilité et propriétés mécaniques par ajout des biopolymères. Ces capsules sont préparées par un procédé de sphérification inverse par extrusion goutte à goutte d’une solution de chlorure de calcium dans un bain à base d’alginate. Dans un premier travail, l’influence des polymères utilisés pour contrôler la viscosité du cœur liquide lors de la préparation des capsules sur la perméabilité et la stabilité mécanique a été étudiée. Les propriétés mécaniques des capsules ont été corrélées avec les propriétés viscoélastiques d’hydrogels d’alginate caractérisés par rhéologie oscillatoire aux faibles amplitudes. Un second travail, a consisté à élaborer des capsules composites avec une membrane de caséinate de sodium/alginate qui présentent une meilleure stabilité et une libération pH-dépendante d’un colorant utilisé comme molécule modèle. Comme perspective a cette étude, des hydrogels sphériques à base d’alginate et de caséinate de sodium, avec différentes architecture ont été développés et leur efficacité a été testée sur trois colorants. Enfin, l’influence de l’incorporation de la gomme laque dans la membrane ou comme revêtement externe a permis de mettre en évidence une amélioration des propriétés barrières vis-à-vis de molécules de faible masse moléculaire (riboflavine dans ce cas). Les capsules à base d’alginate ont un large spectre d’utilisation allant de la cuisine moléculaire à la biotechnologie ce qui nécessite une meilleure compréhension et contrôle de leurs propriétés physicochimiques en fonction de l’application visée / The aim of this thesis is to study the physicochemical properties of alginate liquid-core capsules and to control their permeability and mechanical properties by biopolymers blending. These millimeter-scale size capsules are prepared by a reverse spherification process by dripping a solution of calcium chloride into an alginate gelling bath. In a first work, the influence of polymers used to control capsule liquid-core viscosity (thickening agent) during capsules preparation on permeability and mechanical stability of the alginate membrane was investigated. The mechanical properties of capsules were correlated with viscoelastic properties of plane alginate hydrogels characterized by small amplitude oscillatory shear rheology. In a second work, composite capsules with a membrane of sodium caseinate / alginate were developed and showed improved stability and pH-dependent release of a dye used as a model molecule. As a perspective, composite alginate/sodium caseinate microspheres with different architectures were developed and their effectiveness was tested against three anionic dyes. This type of system has applications in the removal of dyes from industrial wastewater by an adsorption mechanism. Finally, the influence of shellac incorporation in alginate membrane or as an external coating layer resulted in enhanced physicochemical properties and decreased membrane permeability against low molecular weight molecules (riboflavin in this case). Alginate capsules have a wide range of applications ranging from molecular gastronomy to biotechnology which requires a better understanding and control of their physicochemical properties according to the target application