The need for a preventative agent to curtail the rampant spread of HIV, other STDs and mucosal pathogens is urgent. Topical microbicides based on amphiphilic compounds have been identified as an attractive means toward this goal. Novel dendritic methacrylate macromonomers––di-tert-butyl 4-(2-tert-butoxycarbonyl-ethyl)-4-[3-(2-methacryoloxyethyl)ureido]heptandioate (MI) and di-tert-butyl 4-(2-tert-butoxycarbonylethyl)-4-[3-methyl-3-(2-methacryoloxyethyl)ureido]heptanedioate (MIII)––were synthesized, characterized, and subsequently polymerized via conventional free radical polymerization in acetonitrile employing AIBN as an initiator. Methyl 3-mercaptopropionate (MMP), a chain transfer agent, was employed to target low molecular weight (<10,000 g/mol) polymers. Dendronized homopolymers were prepared from MIII with varying MMP concentrations (0–10 mol%). MALDI-TOF MS characterized the homopolymer prepared with 10 mol% MMP (Mn = 2,481 g/mol). In the presence of MMP, MIII (5 to 25 mol%) was copolymerized with alkyl (methyl, ethyl, and n-butyl) methacrylates. Copolymer composition correlated well with monomer feed; Mns of 3–10K g/mol were observed. Ionizable polymers were achieved via acidolysis with trifluoroacetic acid; significant increases in Tg were observed. For the copolymers, the Tgs of the acids increased as the copolymer composition increased in MIII. For the homopolymers, Tgs decreased with increasing MMP concentration. The solubilities of carboxylic acid functional polymers were studied in 5 w/v % aqueous triethanolamine (aq TEA) at a concentration of 12.5 mg/mL. Clear, homogeneous solutions of the deprotected macromonomer, MIII(OH), homopolymer, PMIII(OH), and MIII(OH)/MMA copolymer series were observed; copolymer solubility decreased as the aliphatic chain length of the alkyl methacrylate increased. The amphiphilic dendronized polymer series incorporates many features shown beneficial in the pursuit of effective antimicrobial agents: amphiphilicity, multiple anionic functional groups, a polymer backbone, and aqueous solubility. Additionally, biological selectivity (e.g. cytotoxicity) is expected to be tunable through the control of molecular weight, alkyl chain length (n*), copolymer composition, and molecular architecture. / Ph. D.

Ce travail a pour but le développement d'une nouvelle classe de surfaces destinée à la lutte contre la formation de biofilms. Ces surfaces se basent sur l'immobilisation de nanoréacteurs, résultant de l'auto-assemblage d'un copolymère amphiphile poly(isobutylène)-bloc-oligonucléotide sous forme de vésicules encapsulant une enzyme. Le rôle de cette enzyme est de produire des agents antimicrobiens à partir de précurseurs inactifs. Le copolymère a été synthétisé et caractérisé par des techniques complémentaires et le maintien de l'activité enzymatique a été démontré. Les surfaces bioactives sont finalement obtenues par l'immobilisation des nanoréacteurs grâce aux capacités d'hybridation des séquences nucléiques complémentaires. Nous avons d'abord montré l'influence des deux densités d'oligonucléotides utilisées sur le nombre d'E.coli adhérentes, due probablement aux variations de charges surfaciques associées. Nous avons ensuite confirmé l'influence des curli sur la cohésion des biofilms et mis en évidence une surexpression de la production de curli en présence d'oligonucléotides sur les surfaces, et ce, indépendamment de la séquence et de la topographie considérées. Finalement, nous avons observé un effet antiadhésif lié aux structures vésiculaires indépendant de la topographie de la surface. L'étude complémentaire, menée en mode de culture dynamique, a conduit à envisager que les propriétés mécaniques de la surface affectent la rétention des bactéries en modifiant leur mobilité sur la surface. L'analogie avec des résultats obtenus sur des hydrogels d'agar de différentes duretés conforte cette hypothèse. Ces résultats posent les fondements permettant d'envisager de nouvelles stratégies dans la lutte contre la formation des biofilms. / The aim of this work is to develop a new strategy for the prevention of biofilm growth. For this purpose, we prepared bioactive surfaces resulting from the surface-immobilization of nanoreactors self-assembled from amphiphilic poly(isobutylene)-block-oligonucleotide copolymers. The block copolymer was synthesized and characterized via appropriate complementary techniques. Self-assembly into vesicles allowed the functional encapsulation of enzymes, as assayed through enzyme activity monitoring, leading to a prodrug-drug system. The self-assembled structures were specifically immobilized on surfaces via base pairing between the oligonucleotide block of the copolymer and the surface tethered complementary nucleotide sequence. Using E.coli strains, we first observed an influence of the two density of oligonucleotides immobilized on the surface on the number of adherent bacteria. This influence may be due to an effect of surface charge density. We then confirmed the well-known role of curli in biofilm cohesion, and we showed gene over-expression associated with curli production on oligonucleotide-modified surfaces. We demonstrated that gene over-expression does not depend on the topographical features of the surface or on the composition of the nucleotide sequences used in this study. Finally, we demonstrated tha the presence of the vesicular structure is able to produce strong anti-adhesive properties of the surface. We assume, from observations of bacterial response in dynamic conditions, that this effect is due to increased bacterial motility on the surface, leading to a high detachment rate. Which is further confirms by a comparable bacterial response observed on agar hydrogel of different hardnesses. This result provides a preliminary outcome, paving the way to new approaches to antimicrobial strategies.

La riboflavine (RF) est une vitamine essentielle pour la croissance et le développement cellulaire. Elle possède des propriétés physico-chimiques intéressantes et est internalisée dans les cellules par des transporteurs spécifiques. Le premier objectif de ce projet était de synthétiser des dérivés amphiphiles de la RF (RFA) et d'étudier leurs capacités d'auto-assemblages. Le second objectif était d'insérer les RFA dans des liposomes et d'évaluer leur efficacité de ciblage tumoral in vitro et in vivo. La préparation des différents RFA repose sur l'ajout d'un lipide en différentes positions de la RF. L’un d'eux, de type phospholipide (RfdiC14) a été capable de former des objets tridimensionnels de taille μm constitués de lamelles multicouches dont l’architecture et la dynamique sont très différentes de celles des phospholipides classiques. L’insertion de RfdiC14 dans des liposomes est efficace et n’influence pas leurs propriétés physico-chimiques. Les liposomes fonctionnalisés ont montré une internalisation cellulaire spécifique dans les lignées A431, PC3 et HUVECs. Afin de tester l’efficacité du ciblage tumoral in vivo, un analogue de RfdiC14 portant un espaceur PEG a été préparé puis inséré dans des liposomes péguylés. Grâce à un marquage adéquat (ICG et DiR), leur accumulation tumorale a été suivie par imagerie photoacoustique dans un modèle A431 et leur biodistribution évaluée par imagerie μCT/FMT dans un modèle PC3. Les résultats montrent une légère amélioration de l’accumulation tumorale dans les xénogreffes A431 et une augmentation du ciblage vasculaire dans le modèle tumoral PC3. La biodistribution globale des liposomes marqués est comparable à celle des contrôles. / Riboflavin (RF) is an essential vitamin for cell growth and development. It possesses interesting physicochemical properties and is internalized by the cells through specific transporters. The first aim of this study was to prepare amphiphile derivatives of RF (RFA) and study their auto-assembly. The second aim was to insert RFA into established drug delivery systems and test their tumour-targeting potential in vitro and in vivo. RFA were prepared by the molecule functionalization with lipid moieties in different positions. One of them, a phospholipid-like derivative (RfdiC14) was able to self-assembly in aqueous solutions into μm-sized 3D objects constituted from slightly curved multilayer lamellas. The bilayer architecture and dynamics were very different from ordinary phospholipids. In contrast, the insertion of small amount of RfdiC14 in a liposome did not influence membrane dynamics and physicochemical characteristics. RfdiC14-functionalised liposomes displayed high and specific uptake in vitro in A431, PC3 cells and HUVECs. The efficiency of RF targeting was also tested in vivo. For that purpose, liposome composition was optimized and a new RF amphiphile with a PEG spacer between RF and lipid was prepared. The tumour accumulation of the liposomes labelled with ICG was studied by photoacoustic imaging in A431 tumour model. The biodistribution of DiR labelled liposomes was accessed by combined μCT/FMT imaging in PC3 tumour model. The results show slight improvement of the tumour accumulation in A431 xenographts and the enhancement of vascular targeting in PC3 tumour model. The overall biodistribution of the RF-targeted liposomes was comparable to control.

Dans le cadre de ce travail, nous avons synthétisé, isolé et caractérisé de nouvelles molécules amphiphiles dérivées d’acides nucléiques. Les modifications de ces structures ont été réalisées par voie chimique au moyen d’une réaction de chimie clic, la réaction de Huisgen. Les amphiphiles développés peuvent être classés dans deux catégories différentes : - Les amphiphiles de faible masse moléculaire qui dérivent de nucléosides et de glycosylnucléosides. Les propriétés d’auto organisation de ces composés ont été étudiées par différentes techniques, notamment de microscopie électronique et de diffraction des rayons X. La capacité de ces amphiphiles à former des gels a été évaluée dans différents solvants (eau et solvants organiques). Les propriétés de complexation des acides nucléiques de ces molécules ont également été mises en évidence. Les premiers résultats de transfection montrent que les glycosylnucléosides amphiphiles permettent l’internalisation des oligonucléotides à visée thérapeutique dans des cellules humaines de carcinome hépatocellulaire (Huh 7) en présence de sérum. - Les amphiphiles de masse moléculaire élevée qui dérivent d’oligonucléotides. La formation d’agrégats a été mise en évidence par différentes techniques telles que la microscopie électronique et la diffusion de la lumière. Les propriétés de reconnaissance associées à la séquence oligonucléotide ont été étudiées par des expériences de thermodénaturation. L’auto vectorisation de ces composés a pu être observée par microscopie d’épi-fluorescence et confocale. Cette auto vectorisation a également pu être quantifiée par cytométrie en flux sur une gamme variée de types cellulaires humains tels que les cellules épithéliales (Hela T4), les cellules gastriques (NCI) ou encore les cellules de carcinome hépatocellulaire (Huh-7). Ces travaux présentent également pour la première fois l’évaluation in cellulo d’oligonucléotides amphiphiles ciblant le virus de l’hépatite C. / *

Au cours de ce travail, nous nous sommes interesses a la synthese et a l'evaluation d'anneaux de tensio-actifs construits a la surface de nanotube de carbone comme agents de vectorisation de principe actifs.<br /> <br />Dans un premier temps, nous avons etudie la structure et le mode de synthese d'amphiphiles auto-assembles sur support de nanotube de carbone. Ces auto-assemblages conduisent a la formation de nanobagues hydrosolubles possedant un domaine hydrophobe. Au cours de cette etude, nous avons synthetise differents amphiphiles afin d'obtenir des anneaux robustes et developpe un systeme de separation des nanobagues afin d'ameliorer leur extraction. La caracterisation de la structure en nanobagues a ete realisee a l'aide de differentes techniques et en particulier par diffusion des neutrons aux petits angles. <br /> <br />Enfin, une evaluation des nanobagues nous a permis de montrer que ces nanovecteurs possedent les caracteristiques requises pour une utilisation comme agent de vectorisation de medicaments. Ces nanovecteurs ont la capacite d'inclure des principes actifs a des taux d'inclusion importants et d'augmenter de facon significative la solubilite de ces molecules dans l'eau. De plus, ces especes n'ont montre aucune toxicite apparente in vitro et in vivo lors d'etudes preliminaires.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Freiberg (Sachsen).

Les « siRNA » sont des molécules double brin d’acide ribonucléique capables d’inhiber l’expression d’un gène spécifique, présentant ainsi un fort potentiel thérapeutique pour les maladies génétiques, les cancers et les infections virales. Cependant, son utilisation in vivo est restreinte par sa sensibilité à la dégradation enzymatique. Le projet de thèse consiste à créer un système de vectorisation des siRNA pour des applications in vivo. Nous avons synthétisé des copolymères à blocs amphiphiles biocompatibles et biodégradables capable de s’auto-assembler en diverses structures et d’encapsuler les siRNA. Les propriétés physico-chimiques des assemblages formées et l’évaluation cellulaire préliminaire est réalisée / Amphiphilic block copolymers are molecules composed of hydrophilic and hydrophobic segments having the capacity to spontaneously self-assemble into a variety of supramolecular structures like micelles and vesicles. Here, we propose an original way to self-assemble amphiphilic block copolymers into a supported bilayer membrane for defined coating of nanoparticles. The heart of the method rests on a change of the amphiphilicity of the copolymer that can be turned off and on by varying the polarity of the solvent. In this condition, the assembly process can take advantage of specific molecular interactions in both organic solvent and water. The higher gene silencing activity of the copolymer-modified complexes over the complexes alone shows the potential of this new type of nanoconstructs for biological applications, especially for the delivery of therapeutic biomolecules.

Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit dem Ziel, amphiphile Oligoethylenglykol-funktionalisierte Perylenmonoimiddiester und Dicarbonsäure- bzw. Amino-funktionalisierte Perylenbisimide zu synthetisieren. Weiterhin wurden die optischen Eigenschaften in Lösung und das Aggregationsverhalten der Ester-, Dicarbonsäure- und der Amino-funktionalisierten Perylenfarbstoffe untersucht. (...) Der zweite Teil dieser Arbeit widmete sich dem Ziel, die amphiphilen Oligoethylenglykol-funktionalisierten Zinkchlorine, 31-Hydroxy-Zinkchlorin (ZnChl-OH) und 31-Methoxy-Zinkchlorin (ZnChl-OCH3), herzustellen und desweiteren deren Aggregationsverhalten in wässriger Lösung vergleichend zu studieren, um den Einfluss der Lösungsmittel und des Substituenten in 31-Position auf die thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften und auf die Aggregatstruktur zu bestimmen. (...) / The first part of this work was focused on the aim to synthesize amphiphilic oligoethylene glycol functionalized perylene monoimide diester as well as dicarboxylic acid and amino functionalized perylene bisimides. Furthermore, the optical properties in solution and the aggregation behavior of the ester, dicarboxylic acid and amino functionalized perylene dyes were investigated. (...) The second part of this work was focused on the aim to synthesize amphiphilic oligoethylene glycol functionalized zinc chlorins: 31-hydroxy-zinc chlorin (ZnChl-OH) and the new 31-methoxy-zinc chlorin (ZnChl-OCH3). Furthermore, intensive investigations on the aggregation behavior of both 31-hydroxy-zinc chlorin (ZnChl-OH) and 31-methoxy-zinc chlorin (ZnChl-OCH3) were performed in water solution for a direct comparison of the influence of the solvent und the substituent in 31-position on the thermodynamic and kinetic properties and on the aggregation morphology. (...)

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