Les plaies chroniques représentent un problème de santé publique dont la prévalence augmente avec l'âge, l'état de santé du patient et la sédentarité. En effet, 1,69% des personnes âgées de plus de 65 ans est atteint d'ulcères de la jambe dans les pays occidentaux. De plus, l'apparition de plaies chroniques augmente chez les patients atteints de diabète avec une probabilité de développer un ulcère du pied de 2,2%/an pour les patients diabétiques atteints de neuropathie (diabète de type I et II confondus). Le risque d'infection des plaies chroniques augmentant avec le temps de guérison de la plaie, il est donc nécessaire d'apporter des soins réguliers afin de prévenir ou lutter contre l'infection de ces plaies jusqu'à leur complète guérison. En cas d'infection, la colonisation critique ou infection localisée peut conduire, en cas d'absence de traitement adapté, à la nécessité d'une intervention chirurgicale afin de prévenir l'infection systémique voire la mort du patient. Cependant, la plaie chronique représente un site de colonisation favorable pour les agents pathogènes qui s'y développent rapidement. La prolifération des bactéries peut alors aboutir à la formation d'un biofilm protecteur diminuant l'efficacité des défenses de l'organisme et des agents antimicrobiens. L'objectif de ce travail de thèse est donc de concevoir un dispositif médical sous forme de pansement capable de libérer de façon prolongée un principe actif antibactérien à large spectre d'action. Le dispositif textile utilisé dans ce projet est un textile non-tissé à base de polyéthylène téréphtalate (PET) fonctionnalisé par le chitosane (CHT) par la méthode "Pad-Dry-Cure". La fonctionnalisation du CHT est réalisée par l'utilisation de deux agents réticulants, la génipine (Gpn) ou l'acide citrique (CTR), qui permet de créer un réseau de chitosane réticulé à la surface des fibres textiles. Le coating apporte ainsi des fonctions ioniques à la surface du PET; positives lorsque l’agent réticulant est la Gpn, positives ou négatives en fonction du ratio de CTR introduit dans la solution quand l’agent réticulant est le CTR.Les charges ioniques du support PET fonctionnalisé par le CHT réticulé par la Gpn (PET-Gpn/CHT) ont été utilisées pour la construction d'un système multicouche (MC) "Layer-by-Layer" auto-assemblé. Les polyélectrolytes (PE) utilisés pour la construction de ce MC par "Dip-Coating" sont le chitosan en tant que PE cationique et un polymère de cyclodextrine (CD) en tant que PE anionique, élaboré et étudié par le laboratoire lors de travaux précédents. La capacité de formation de complexe d'inclusion des CD, apportée par le polymère de CD incorporé au revêtement multicouche, a ensuite été utilisée afin de charger un antiseptique à large spectre d'action, la chlorhexidine (Chx). La construction du système MC a d'abord été optimisée puis une évaluation physico-chimique, biologique et microbiologique a été réalisée sur les textiles PET-Gpn/CHT recouvert d'un système MC chargé par la Chx. Une étude a aussi été menée sur le PET fonctionnalisé uniquement par le CHT réticulé par le CTR (PET-CTR/CHT). Ce système anionique ou cationique en fonction de la quantité d’agent réticulant introduite, a été chargé respectivement par l'argent (Ag+) ou l’'iode (I3-). Une évaluation physico-chimique et microbiologique a été réalisée sur ces supports textiles pour évaluer leur efficacité antibactérienne. Finalement un système multicouche a été construit sur le système PET-CTR anionique chargé d’argent afin de limiter sa libération hors du système MC. Ceci a été ensuite vérifié à travers une évaluation chimique complétée par des tests microbiologiques. / The chronic wounds represent a public health problem health which the prevalence increases with age, patient health and sedentary lifestyle. Indeed, in the occidental countries, 1.69% of the elderly person aged over 65 years is suffering from leg ulcers . Moreover, the chronic wounds appearance increases for the diabetic patients who suffering neuropathy (diabetic type I and II together) with 2.2%/years of probability to developp a leg ulcer. The infection of the chronic wounds increases with wound healing delay, thus, cares need to be repeated to prevent or fight wound infection until their complete healing. In the case of infected wound, the critical colonization or localized infection can result without adapted treatment to surgery operation in order to prevent systemic infection or death. Nevertheless, the chronic wound represents a favourable site for the rapid developpment of the pathogen agents. The bacterial proliferation can lead to the biofilm formation which increases the bacterial protection against the body\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\'s natural defences and antimicrobial agents. So, the aim of this work is elaborate a medical device as wound dressing for extended broad spectrum antibacterial drug release. The textile device used in this project is a non-woven textile based on polyethylene terephtalate (PET) functionalized with Pad-Dry-Cure method with chitosan (CHT). In the present work, two crosslinking agents are evaluated, genipin (Gpn) and citric acid (CTR), which allows obtaining a CHT network coated at the surface of the textile fibers. Thus, there are ionic functions at the surface of the PET; positive charges when the crosslink agent is Gpn, positive or negative charges in function of the amount of the CTR used in the solution.The ionic charges from the PET functionalized by CHT crosslinked by Gpn (PET-Gpn/CHT), are used to build a multilayer system layer-by layer self-assembly. The polyelectrolytes (PE) used to build this multilayer system by dip-coating are: the CHT, as cationic PE, and cyclodextrin (CD) polymer, as anionic PE (it was developed and studied by the team in previously work). The ability of the CD to form inclusion complex, from the CD polymer included in the multilayer coating, is used in the case of PET-Gpn/CHT to load one antiseptic with broad spectrum, the chlorhexidine (Chx). This Chx loaded multilayer system is optimized and evaluated physic-chemically, biologically and microbiologically. The study is also realized on the functionalized PET-CTR/CHT. This system, anionic or cationic, in function of the quantity of the crosslinking agent used, is loaded respectively by silver (Ag+) or iodide (I3-). A physico-chemical and microbiological evaluation are realized to evaluate their antibacterial efficiency. Finally, the multilayer system is built-up on the anionic PET-CTR/CHT loaded by silver to reduce its release out of the multilayer system. Chemical completed by microbiology tests are realized to verify the influence on the antibacterial activity and the kinetic of the release of the multilayer system

La mise au point de nouveaux matériaux possédant des propriétés antibactériennes est un sujet intéressant le monde médical et environnemental. Pour cela, les polymères commerciaux de Merrifield et de Wang-benzaldéhyde ont été modifiés par greffage de motifs calixarèniques polycationiques antibactériens inspirés des travaux du laboratoire et désignés pour interagir avec la surface bactérienne chargée négativement. Ces calixarènes ont été modifiés sur la partie basse, de façon contrôlée, par incorporation d'un groupe espaceur fonctionnel permettant d'accéder à un greffage ciblé du polymère. Nous avons en premier lieu évalué plusieurs types de fonctionnalités introduites sur le calixarène, permettant la fixation de ces motifs sur le support polymérique. Ainsi une amination réductrice a été choisie pour l’ancrage sur la résine de Wang-benzaldéhyde, tandis qu’un point d’ancrage de type pyridinium, pour la résine de Merrifield, a retenu notre attention et s'est avéré être un excellent candidat pour le greffage des calixarènes. La validité de ce point d’ancrage pyridinium a pu être vérifiée par l’incorporation d’une sonde fluorescente (pyrène) et caractérisée par fluorescence à l’état solide, par spectroscopie infrarouge et analyse élémentaire, ces deux dernières étant appliquées à l'ensemble des polymères préparés par la suite. Au travers d'une étude de capture–relargage en milieu aqueux de deux antibiotiques carboxyliques (type quinolone et ß-lactame) le polymère pyridinium modèle, sans calixarène, a montré tout son intérêt, face à la cholestyramine (Questran®) ou à l'Amberlite IRA-400, en tant que résine échangeuse d'anions et pouvant mener à une utilisation en tant que dépolluant/décontaminant. En amont des études antibactériennes de ces nouveaux matériaux nous avons cherché à quantifier la capacité du matériau à retenir/séquestrer des bactéries. L’électrophorèse capillaire, méthode analytique rapide et sensible, s’est présentée comme une solution adéquate. Sur le modèle E. coli., les résines polycationiques synthétisées ont été évaluées en tant que séquestrants en milieu aqueux. Les résultats obtenus prouvent l’efficacité de certaines d’entre elles; la capture a finalement été confirmée par microscopie de fluorescence confocale. Le nombre de bactéries fixées à la surface du matériau a pu être visuellement évalué / Development of new materials with antibacterial properties is a major concern in medical and environmental world. It’s for that reason that, Merrifield and Wang commercial polymers were modified by grafting polycationic calixarenic sub-units inspired by laboratory work and designed to interact with negatively charged bacterial surface. Those calixarenes were modified on the lower part, in a controlled manner, by the incorporation of a functional spacer group leading to a targeted grafting of the polymer. We have, at first, evaluated several kinds of functionalities introduced on the calixarene, giving us the opportunity to graft them on the polymeric support. Like this, a reductive amination was chosen to anchor the Wang-benzaldehyde resin, whereas a pyridinium anchoring point was pointed out as a very good candidate for the grafting of calixarenes. The validation of this pyridinium anchoring point was checked by incorporation of a fluorescent probe (pyrene) and characterized by solid state fluorescence, by infrared spectroscopy, those two lasts analysis were applied for all the other grafted polymers grafted after that. Through a capture-release study in aqueous media of two carboxylic antibiotics (quinolone and ß–lactame kind), the pyridinium polymer model, without calixarène, showed his interest faced to Cholestyramine (Questran®) or Amberlite IRA-400, as an anion exchange resin and leading to depoluting/decontamination applications. Before antibacterial studies of thoses new materials, we wanted to find a way to quantify the material capacity to catch/hold bacteria. Capillary electrophoresis, rapid and sensitive analytical method, appeared as a perfect solution. Using E. coli model, synthesized polycationic resins were evaluated as sequestering agent in aqueous media. Results obtained prove the efficiency of some of them; capture was finally confirmed by confocal fluorescent microscopy. The number of bacteria fixed by material surface could be visually evaluated

La résistance aux antibiotiques par les micro-organismes est une menace mondiale. C'est pourquoi la recherche de nouveaux médicaments revêt une importance capitale de nos jours.Le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) est un cofacteur essentiel et un substrat dans de nombreuses réactions biologiques. Pour cette raison, les enzymes qui l'utilisent comme substrat et celles qui participent à sa biosynthèse sont largement étudiées en tant que cibles antibactériennes potentielles. Dans ce contexte, nous nous intéressons au développement de nouveaux agents antibactériens contre la quinolinate synthase (NadA). Cette enzyme participe à la voie de biosynthèse de novo du NAD chez les procaryotes et est essentielle chez deux pathogènes : Helicobacter pylori, responsable d'ulcères et de cancers gastriques, et Mycobacterium leprae, responsable de la lèpre. Le fait que NadA n'existe que chez les procaryotes et qu'elle est essentielle chez deux agents pathogènes font de NadA une cible intéressante pour la conception de nouveaux antibactériens. La quinolinate synthase est une enzyme [4Fe-4S] où l'un des atomes de Fe est coordonné par une molécule d'eau à l'état de repos et joue le rôle d'acide de Lewis durant la catalyse. La réaction catalysée par NadA consiste en la formation d'acide quinolinique (QA), précurseur du NAD, à partir d'iminoaspartate et de dihydroxyacétone phosphate. Sur la base de la découverte dans notre laboratoire du premier inhibiteur de NadA (le DTHPA), qui agit par coordination irréversible du fer catalytique du cluster, nous avons conçu et synthétisé une famille de molécules pouvant servir d'inhibiteurs plus spécifiques de NadA. Ces molécules contiennent un cycle benzène / pyridine ou pyrazine, deux carboxylates vicinaux et un thiol en tant que groupe coordinant du fer: l’acide 4-mercaptophtalique (4MP), l’acide 6-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylique (6MPDC), l’acide 5-mercaptopyrazine-2, 3-dicarboxylique (5MPzDC) et l’acide 5-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylique (5MPDC). Nous avons démontré que ces molécules inhibent l’enzyme NadA in vitro avec un IC50 du même ordre de grandeur que celui du DTHPA (dizaine de µM). Par l’utilisation de diverses spectroscopies et de la cristallographie, nous avons démontré que l'inhibition s’effectue par la coordination de ces molécules avec le fer catalytique du cluster via leur groupement thiol. Nous avons également étudié in vitro la spécificité de ces molécules. Nous avons montré que les molécules 4MP et 5MPDC étaient des inhibiteurs spécifiques de NadA lorsqu’on les teste sur l’aconitase B, une enzyme [4Fe-4S] bactérienne, dont le cluster présente des propriétés structurales et fonctionnelles similaires à celles du cluster de NadA.Enfin, nous avons étudié l'activité d'inhibitrice de l’ensemble des molécules in cellulo sur de la voie de biosynthèse du QA chez Escherichia coli avec le DTHPA comme contrôle. Alors que les molécules 6MPDC et 5MPzDC inhibent la croissance d’E. coli de manière indépendante de la voie de biosynthèse du QA, le 4MP et le 5MPDC (les deux inhibiteurs spécifiques in vitro) n'ont montré aucune activité inhibitrice in cellulo. Ce manque d'activité pouvant être dû à un manque de pénétration des molécules à l'intérieur des bactéries, nous avons envisagé de favoriser la pénétration à l'aide d'un vecteur transmembranaire, un analogue simplifié du tétra-cyclopeptide naturel FR235222. Nous avons synthétisé et couplé le cyclopeptide à l'inhibiteur 4MP. Malheureusement, aucune inhibition de la croissance d'E. coli n'a été observée. La thèse s’est terminée en essayent de comprendre la pénétration du tétra-cyclopeptide sur bactérie, en utilisant notamment des agents fluorophores. / Resistance to antibiotics is becoming a world-wide threat. Microorganisms are able to withstand drugs leading to persistence of diseases. This is why the research of new drugs is of great importance nowadays.Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) is an essential cofactor and substrate in numerous biological reactions. For this reason, both the enzymes that use it as a substrate and those participating on its biosynthetic pathway are largely studied as potential antibacterial targets. In this context, we are interested in the development of new antibacterial drugs against quinolinate synthase enzyme (NadA). This enzyme participates in the prokaryotic NAD de novo biosynthetic pathway and is essential in two pathogens: Helicobacter pylori, cause of gastric ulcers and cancers, and Mycobacterium leprae, responsible of leprosy. The fact that NadA only exists in prokaryotes and the fact that it is essential for these two pathogens make it an interesting target for the design of new antibacterial drugs. Quinolinate synthase is a [4Fe-4S] cluster enzyme, where one of the Fe sites is coordinated by a water molecule in the resting state, and plays a Lewis acid role during catalysis. The reaction catalyzed by NadA consists in the formation of quinolinic acid (QA), precursor of NAD, from iminoaspartate and dihydroxyacetone phosphate. Based on the discovery in our laboratory of the first inhibitor of NadA (DTHPA) that coordinates irreversibly the catalytic iron site of the cluster, we designed and synthesized a family of molecules as potential more specific NadA inhibitors. These molecules contain a benzene/pyridine or pyrazine ring, two vicinal carboxylates and a thiol as an iron coordinating group: 4-mercaptophthalic acid (4MP), 6-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylic acid (6MPDC), 5-mercaptopyrazine-2, 3-dicarboxylic acid (5MPzDC) and 5-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylic acid (5MPDC). We demonstrated that these molecules inhibit NadA enzyme in vitro in the same range as DTHPA. Using different spectroscopies and crystallography, we demonstrated that inhibition occurs by coordination of the molecules to the catalytic iron site through their thiol group. We investigated also in vitro the specificity of these molecules. We demonstrated that 4MP and 5MPDC molecules are specific NadA inhibitors when assayed on bacterial aconitase B, a [4Fe-4S] enzyme, whose cluster displays functional and structural properties similar to those of NadA.Finally, we investigated the QA pathway inhibition activity of the four molecules in cellulo, in an Escherichia coli strain. Whereas, 6MPDC and 5MPzDC molecules inhibit E. coli growth in a QA biosynthetic pathway independent manner, 4MP and 5MPDC (the two in vitro specific inhibitors) did not show any in cellulo inhibition activity. Since this lack of activity might be due to a lack of penetration of the molecules inside bacteria, we thought about assisting the penetration of the molecules using a transmembrane carrier, a simplified analogue of the tetra-cyclopeptide FR235222 natural product. We synthetized and coupled the cyclopeptide to the 4MP inhibitor. Unfortunately, no E. coli growth inhibition was observed. The Ph.D ended by investigating the penetration of the tetra-cyclopeptide inside bacteria, using some fluorophore agents.

Le contrôle de la formation des biofilms est un enjeu économique majeur pour un grand nombre de secteurs économiques comme la distribution d’eau potable. De nombreuses voies sont explorées pour contrôler leur développement. Ces travaux proposent d’explorer la possibilité de prévenir l’adhésion bactérienne en exploitant les propriétés mécaniques de surface de films minces obtenus par polymérisation plasma basse pression à partir de deux précurseurs : le 2-(diméthylamino)éthyl méthacrylate (DMAEMA) et l’hydroxyéthyl méthacrylate (HEMA). Les résultats des caractérisations des propriétés de surface (AFM, IR, XPS, mouillabilité, nanoindentation par AFM) de ces films minces ont montré qu’il est possible de contrôler les propriétés mécaniques des dépôts polymères plasmas, notamment du HEMA, tout en conservant des propriétés chimiques similaires. Les propriétés d’anti-adhésion bactérienne des films minces HEMA ont été évaluées en utilisant une souche Escherichia coli SCC1 au cours de culture statiques et dynamiques. Ces cultures ont montré que lorsque les propriétés mécaniques de surface sont de l’ordre de 600kPa, elles induisent des propriétés d’anti adhésion et une forte mobilité des bactéries. Sous flux, ces propriétés sont exaltées avec aucune bactérie détéctée au bout de deux heures. Afin de pérenniser cette solution sur plusieurs dizaines d’années, un système multicouche a été développé afin de conduire à un renouvellement périodique des propriétés antibactériennes. De plus, cette stratégie a été développée par polymérisation plasma à pression atmosphérique dans l’optique de son industrialisation. / Control of biofilm formation is a major economic challenge for a large number of economic sectors such as the distribution of drinking water. Many strategies have been explored to fight against their development. This work proposes to explore the possibility of preventing bacterial adhesion by playing with mechanical surface properties. To do this, low pressure plasma polymerization of two precursors: 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate (DMAEMA) and hydroxyethyl methacrylate (HEMA) has been explored. The results of surface characterizations (AFM, IR, XPS, wettability and AFM nanoindentation) of these thin films showed the possibility to obtain different mechanical properties in wide range (kPa to MPa) with similar chemical surface properties. Bacterial anti-adhesion properties of these films were evaluated using an Escherichia coli SCC1 strain during static and dynamic cultures. These results showed that mechanical surface properties around 600 kPa induced very good bacterial anti-adhesion properties and also revealed mobility of bacteria on the surface. Under flow, these properties were highlighted with almost no bacterial detected after two hours. In order to prolongate the life time of these properties, multilayer system has been proposed and synthesis of these plasma polymer multilayer has been studied at atmospheric pressure for industrial scale up.

Le développement de principe actif à partir de ressources naturelles pourrait être un moyen pour développer de nouvelles alternatives aux antibiotiques. L’huile essentielle d’arbre à thé est reconnue pour ses nombreuses propriétés et son activité antimicrobienne à spectre large, mais aussi pour sa toxicité et sa forte teneur en allergènes liée à sa composition en monoterpènes. Dans cette étude, nous cherchons de nouveaux principes actifs naturels issus de l’huile essentielle d’arbre à thé, qui auraient une activité antimicrobienne équivalente mais une toxicité et un pouvoir allergène réduit. Deux principes actifs ont ainsi été étudiés au cours de ce travail. Le Titroléane™, qui est une fraction de l’huile essentielle d’arbre à thé enrichi en monoterpène alcools mais avec un très faible taux de monoterpène, a montré des activités microbiologiques similaires à l’huile essentielle d’arbre à thé. La Synterpicine™ quant à elle, est uniquement composée des deux molécules majoritaires de l’huile essentielle, et présente une cytotoxicité réduite. La caractérisation de l’activité des principes actifs a été menée avec différentes méthodes d’études in vitro, pour définir leur activité inhibitrice et bactéricide, sur des bactéries planctoniques et en biofilm. Enfin, la recherche de nouvelles molécules actives au sein des principes actifs, s’est poursuivie à l’aide d’une méthode de chromatographie sur couche mince haute performance, couplée à une étude d’activité microbiologique par bioautographie. Cette étude a mis en évidence l’activité antimicrobienne de deux nouveaux principes actifs d’origine naturelle, pouvant être valorisés sur différents marchés notamment la santé humaine / The development of a natural bioactive compounds could be a mean of developing new alternatives to antibiotics. Tea tree essential oil is known for its numerous properties and its broad-spectrum antimicrobial activity, but also for its toxicity and its high content in allergens due to its composition in monoterpenes. In this study, we search for new natural compounds extracted from tea tree essential oil, which has equivalent antimicrobial activity but less toxicity and a reduced allergenic activity. Two bioactive compounds have been thus studied. Titroléane™ - a fraction of tea tree essential oil enriched in monoterpene alcohols but with a very low rate of monoterpenes - has shown microbiological activities similar to tea tree essential oil. As for Synterpicine™, it is only composed of the two main molecules of the essential oil, and presents a reduced cytotoxicity. The characterization of the compounds’ efficacy was carried out with different in vitro study methods, to define their inhibitory and bactericide activity, on planktonic and biofilm bacteria. Finally, the research of new active molecules within the active compounds, was pursued thanks to a high performance thin layer chromatography, paired up with a microbiological study by bioautography. This study has highlighted the antimicrobial activity of two new natural active extracts which can be valorised on different markets- especially human health

De nombreux traitements de surface (sablage, attaques acides…) ont été mis au point sur les implants dentaires afin de favoriser leur ostéointégration. Par ailleurs, depuis plusieurs années des revêtements à base de phosphates de calcium sont également développés dans le même but.L’objectif principal de la thèse est de mettre au point un procédé de revêtement à basse température afin de déposer à la surface de l’implant en titane une couche mince de phosphate de calcium, de structure et de composition analogue au minéral osseux en vue de favoriser l’ostéointégration. Il est aussi souhaité que ce revêtement présente des propriétés antibactériennes afin de lutter contre les infections post-opératoires. Dans un premier temps, un traitement de surface de l’implant en titane composé d’une étape de sablage et d’une attaque acide a été développé. Il permet d’obtenir une rugosité moyenne de surface comprise entre 1,4 et1,8 µm ainsi qu’une texture microporeuse et une mouillabilité de surface améliorée. Puis, les procédés de revêtement d’électrodéposition et d’immersions successives ont été étudiés. L’étapede centrifugation implémentée dans le procédé d’immersions successives s’est révélée cruciale et un revêtement d’environ 2 µm d’épaisseur composé d’apatite biomimétique a été obtenu. La composition et l’épaisseur du revêtement élaboré par électrodéposition est fortement influencée par la durée du dépôt. Ainsi une durée d’électrodéposition de 1 mn menée à un potentiel de -1,6V/ECS permet d’obtenir un revêtement d’environ 1,5 µm d’épaisseur composé d’une couche de phosphate octocalcique et de cristaux de brushite. Un test de vissage/dévissage dans une mâchoire artificielle a démontré la tenue mécanique des revêtements obtenus selon les deux procédés. Enfin, des ions antibactériens tels que l’argent, le cuivre ou le zinc ont été incorporésaux revêtements. Il a été démontré que des taux importants d’incorporation allant jusqu’à 40 %molaire par rapport au calcium peuvent être atteints pour le cuivre et le zinc. Des tests biologiques permettant d’évaluer l’effet de ces revêtements sur l’activité biologique de cellules mésenchymateuses humaines ainsi que sur la formation d’un biofilm (modèle de péri-implantite)en vue de la prévention des infections post-opératoires ont conduit à des résultats prometteurs pour le développement de tels revêtements bioactifs. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du projet BIOACTISURF, soutenu par la Région Midi-Pyrénées, et réalisé en collaboration avec le Laboratoire de Génie Chimique (LGC) ainsi qu’un partenaire industriel / Numerous surface treatments have been developed in order to improve osseointegration of dentalimplants (sandblasting, acid etching…). Moreover, various strategies involving calcium phosphate coatings have emerged for the same target for a few decades. The main purpose of this work is todevelop a low temperature process allowing the deposition of a thin calcium phosphate layer at the titanium implant surface. The composition and structure of this calcium phosphate coating have to be close to the bone mineral to enable osseointegration improvement. Moreover, thecoating should have antibacterial properties in order to prevent post-operative infections. A surfacetreatment protocol composed of sandblasting and acid etching was firstly developed creating anaverage roughness of 1.4 – 1.8 µm with micropits and improved wettability. Secondly, two processes were studied to produce the calcium phosphate coating: the alternate soaking processand the electrodeposition. It was demonstrated that the centrifugation step implemented in thealternate soaking process is crucial and a coating of about 2 µm thick composed of biomimeticapatite was obtained. Among all the operating parameters of the electrodeposition process, time ofelectrodeposition has the major impact on the composition and the thickness of the coating. An electrodeposition of 1 mn at -1.6 V/SCE leads to a 1.5 µm thick coating composed of a layer ofoctacalcium phosphate and dicalcium phosphate dihydrate crystals. A screw/unscrew test demonstrated the mechanical stability of the coatings obtained by both processes. Finally,antibacterial ions such as silver, copper and zinc were incorporated in the coatings. Highincorporation rate up to 40 mol.% compared to calcium were determined for copper and zinc.Biological tests were conducted to qualify the effect of these coatings on the biological activity ofhuman mesenchymal cells and on the formation of a biofilm (peri-implantitis model) to preventpost-operative infections. They led to promising results for the development of such bioactivecoatings. This work is part of the BIOACTISURF project, supported by the Midi-Pyrénées Region,and carried out in collaboration with the Laboratory of Chemical Engineering (LGC) and an industrial partner

Les phénylpropanoïdes (PPs) constituent l'une des familles les plus abondantes des métabolites secondaires dans le règne végétal. Ils protègent les plantes contre les stress biotiques et abiotiques. De nos jours, les études portent sur l'utilisation des PPs comme alternatifs aux agents antimicrobiens, antioxydants et anti-inflammatoires de synthèse pour leur incorporation dans la formulation des produits alimentaires et pharmaceutiques. Cependant, l'utilisation de PPs est généralement limitée en raison de leur faible solubilité, stabilité et volatilité. L'objectif de notre travail a été d'encapsuler sept PPs dans des molécules cages, les cyclodextrines (CDs), en vue de développer des systèmes naturels et éco-compatibles ayant des applications potentielles dans les domaines alimentaire et pharmaceutique. Trois axes ont été abordés. Le premier axe a porté sur la préparation et la caractérisation des complexes d'inclusion CD/PP en solution et à l'état solide. Les techniques d'"headspace" couplé à la chromatographie en phase gazeuse (HS-CG), spectroscopie UV-visible, ¹H RMN, (2D) ROESY RMN, FTIR, DSC et de la modélisation moléculaire ont été utilisées comme outils pour la caractérisation des complexes obtenus. Des études de phase de solubilité ont été également réalisées. Le deuxième axe a porté sur l'évaluation de l'effet des CDs sur la photostabilité et la vitesse de libéralisation des PPs. Le dernier axe a été orienté vers l'étude des activités anti-radicalaire, antibactérienne et antifongique des complexes d'inclusion CD/PP. Les résultats montrent que les CDs sont capables d'encapsuler les PPs étudiés, réduire leur volatilité, augmenter leur solubilité et photostabilité ainsi que de générer des systèmes de libération prolongée. De plus, l'encapsulation conserve les propriétés antioxydante, antibactérienne et antifongique des PPS. Les résultats de cette étude suggèrent que les complexes d'inclusion des PPs avec les CDs peuvent être considérés comme outils prometteurs pour l'optimisation des formulations alimentaires et pharmaceutiques. / Phenylpropanoids (PPs) are one of the largest families of plants secondary metabolites. They protect plants against biotic and abiotic stresses. Nowadays, extensive research has been dedicated to PPs aiming their use as natural alternatives to synthetic antimicrobial, antioxidant and anti-inflammatory agents in food and pharmaceutical formulations. However, PPs suffer from a low water solubility, high volatility, high light and thermal sensitivity that limit their further use. This current study aimed to encapsulate seven PPs in host cage molecules, cyclodextrins (CDs), in order to develop natural and biocompatible formulation that may find applications in food and pharmaceutical fields. It focused on three main research axes. The first part dealt with the preparation and the characterization of CD/PP inclusion complexes both in solution and in solid state. Characterizations were performed with Static-Headspace-Gas Chromatography (SH-GC), UV-Visible, ¹H NMR, (2D) ROESY NMR, FTIR, DSC and molecular modeling. These investigations were complemented with phase solubility studies. The second part was devoted to the evaluation of the effect of CDs on the PPs photostability and controlled release. The last part aimed to evaluate the CD/PP inclusion complexes as radical scavengers, antibacterial and antifungal agents. Results showed that CDs could successfully encapsulate PPs, reduce their volatility, enhance their solubility and photostability and generate controlled release system. In addition, encapsulation maintained the antioxydant, antibacterial and antifungal properties of PPs. Thus, the CD/PP inclusion complexes could be considered as a promising tool for formulation optimization.

Dans le cadre de ce travail, l’objectif était d’élaborer des surfaces PVC antibactériennes. Deux types de surfaces ont été élaborés, des surfaces bactéricides visant à tuer les bactéries au contact et des surfaces antiadhésives (bactériophobes) empêchant ou limitant l’adhésion bactérienne.Pour ce faire, des copolymères porteurs de groupements cationiques bactéricides ainsi que des copolymères renfermant des structures à effets antiadhésifs de type polysaccharides ou PEG ont été synthétisés et caractérisés. Ces composés ont été ensuite greffés chimiquement par click addition sur des surfaces PVC porteuses de fonctions azoture (PVC-N3). Les propriétés physico-chimiques des nouvelles surfaces obtenues ont été caractérisées par diverses techniques (IRTF, XPS, angle de contact, AFM, microscopie confocale à fluorescence, ATG etDSC). Les propriétés bactéricides ou antiadhésives ont été évaluées à l’égard de Escherichia coli et Staphylococcus epidermidis. La microscopie confocale à fluorescence a mis en évidence le caractère hautement bactéricide des surfaces PVC cationiques via le test Live and Dead.Cette technique a aussi permis de démontrer l’effet antiadhésif de la méthyl cellulose, del’hydroxyéthyl cellulose et du PEG greffés en surface, diminuant d’au moins 10⁴ fois le nombre de bactéries adhérées par rapport aux surfaces témoins. / This work aimed to elaborate antibacterial PVC surfaces. Two kinds of surface were prepared, i.e. non leaching bactericidal surfaces killing bacteria by contact and antiadhesive (bacteriarepellent) surfaces preventing or limiting bacteria attachment. Thus, copolymers bearing cationic bactericidal groups as well as copolymers bearing polysaccharide or PEG antiadhesive structures were synthesized and characterized. These polymers were then successfully grafted by click chemistry onto PVC surfaces bearing azide groups (PVC-N3).The physico-chemical properties of the obtained surfaces were assessed by several techniques(FTIR, XPS, contact angle measurements, AFM, confocal fluorescence microscopy, TGA and DSC). The bactericidal and antiadhesive properties were assessed against Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis. The fluorescence microscopy evidenced the high bactericidal effect of the cationic surfaces, using the Live and Dead test. This microscopytechnique has also shown high bacteria repellent effect of the surfaces based on methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose and PEG, i.e. decrease of bacteria attachment by more than 10⁴ fold compared to the ungrafted surface.

La contamination microbienne des surfaces est l’une des préoccupations majeures des secteurs d’activités comme l’industrie agro-alimentaire, la santé publique et les milieux hospitaliers. Face aux problèmes de santé publique liés à contamination bactérienne sur les surfaces, la préparation de surfaces aux propriétés antibactériennes est devenue un intérêt de recherche majeur pour de nombreux scientifiques et ce, dans de nombreux domaines de recherches. Du point de vue de la chimie, des matériaux et de la microbiologie, la fonctionnalisation des surfaces de matériaux polymères préexistants sans altérer leur propriété initiale est une solution séduisante. Pour cela, développer des nouveaux matériaux antibactériens/antifouling où la surface serait fonctionnalisée par des polymères antimicrobiens, greffés de manière robuste i.e. de façon covalente représente une solution idéale. Afin de faciliter et d’accélérer le processus de criblage, il est proposé dans ce travail une nouvelle approche pour obtenir des polymères ayant des propriétés antimicrobiennes à la fois en solution et à partir de la surface. Ce travail comprend une étude de (co)-polymérisations contrôlées d'esters actifs servant d’intermédiaires pouvant être post-modifiés pour synthétiser des polymères d'intérêts présentant les caractéristiques antimicrobiennes attendues.Ce travail démontre que la polymérisation radicalaire contrôlée en présence de Cu(0)/Cu(II) est une technique appropriée qui permet de préparer facilement des (co)-polymères réactifs, en solution mais aussi à partir de surface de poly (téréphtalate d’éthylène), communément appelé PET. Dans un premier temps, nous aborderons l'étude de la polymérisation contrôlée du méthacrylate de pentafluorophényle (PFPMA), avec son optimisation en solution, puis à partir de surface du PET porteuse de groupement d’amorçage. De plus, la polymérisation du méthacrylate de p-nitrophényle (NPMA) sera également examinée, ainsi que la copolymérisation des deux esters actifs là-encore par polymérisation de type contrôlée en présence de Cu(0)/Cu(II). La post-modification des polymères activés est ensuite présentée. La post-modification s’est révélée efficace et facile à mettre en œuvre. La structure et les caractéristiques des polymères obtenus ont été analysées et confirmées. Il est à noter que la post-modification a pu être effectuée par un processus séquentiel avec une fonctionnalisation simple ou avec plusieurs huiles essentielles, qui possèdent des propriétés naturelles antibactériennes ou antioxydantes. Différents films de PET ont été modifiés, des polymères aux propriétés anti-adhérentes ont été greffés par cette même méthodologie. Ces surfaces modifiées ont été testées contre deux bactéries modèles telles que Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa afin de déterminer si les modifications de surface ont conféré au film de PET les propriétés biologiques attendues. / Microbial contamination on surfaces has become major concern in various areas including industrial process as well as public health and hospitalization. Being aware of several problems causing by adherence and attachment of bacteria on a surface, preparation of antibacterial surface has become a global research interest for researchers in many domains. From the chemistry integrated with material science and microbiology point of view, functionalization of existing polymeric material surfaces is an attractive solution. In this domain, the surface functionalized with covalently grafted antimicrobial polymers represents an ideal solution. In order to facilitate the screening process, it is proposed in this particular research a new approach to obtain polymers with antimicrobial properties both in solution and from surface. The present approach includes a study in controlled (co)polymerization of active ester(s) serving as intermediate templates that can be eventually modified by polymer post-modification process to fabricate polymer of interest with expected antimicrobial characteristics.In general, it is demonstrated herein that the use of Cu(0)-mediated reversible deactivation radical polymerization (RDRP) is a suitable technique that allows facile preparation of reactive (co)polymers in solution and from surface of poly(ethylene terephthalate). First of all, this thesis focused on the study of controlled polymerization of pentafluorophenyl methacrylate (PFPMA) which appeared to be challenging. Furthermore, along with the optimization of polymerization in solution was the investigation of surface-initiated polymerization of this monomer from PET surface. Besides, polymerization of p-nitrophenyl methacrylate (NPMA) and copolymerization of the two active esters by Cu(0)-mediated RDRP were also examined. In addition, polymer post-modification of obtained (co)polymers with various compounds had been proven to be efficient, easy to perform. The structure and characteristics of obtained products were confirmed to match with expectations. It is remarkable that the post-modification can be done as sequential process, single or dual functionalization with several different essential oils, which are natural antibacterial or antioxidant compounds. On the other hand, the success in polymerization and post-modification of polymer of active esters in solution allowed the fabrication of different PET film grafted with polymers that are envisaged to have antiadhesion properties. Attempts to test such properties were also done against two model bacteria including Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa to investigate if expectations are valid.

Au Mexique, les fromages de chèvre ne sont pas très consommés en dehors des zones de production. Dans cette étude a été évalué : si l’ajout de piment (Capsicum annuum var. jalapeño) pouvait rendre les fromages de chèvre plus populaires auprès des consommateurs ; l’effet antibactérien d’un extrait aqueux de piment sur des bactéries d’intérêt alimentaire et la faisabilité économique d’une entreprise intégrée production-fabrication de fromage pimenté. La technologie de fabrication a été mise au point. Onze fromages avec quatre concentrations de capsaicinoïdes (0, 5, 10 et 15 ppm) ont été évalués par deux jurys non experts : Français et Mexicains. Les Français ont bien apprécié les fromages sans piment et peu pimentés avec jalapeño rouge et capsaicinoïdes et les Mexicains les peu et moyennement pimentés, quelle que soit la provenance du caractère brûlant. L’appréciation des fromages diminue avec l’augmentation de la couleur. Les souches de yaourt (S. thermophilus et Lb. delbrueckii) se sont révélées plus sensibles à l’extrait aqueux de piment et les bactéries Gram négatives étudiées n’ont pas montré aucun effet. Une entreprise intégrée est financièrement attractive et peu sensible à une variation de 15 % des coûts de l’alimentation du troupeau, de la main d’œuvre, de la somme des deux et de 8 % sur le taux de rentabilité ; elle est sensible mais faisable à une variation (15 %) du prix de vente du produit (fromage) et très sensible à la diminution en 50 % du rendement ; elle n’est pas économiquement intéressant si produit seulement du lait / In Mexico, the goat’s cheeses are not very much consumed outside production zones. The objective of this study was to obtain a cheese with chilli pepper (Capsicum annuum var. jalapeño). The technology, sensorial parameters for acceptance, hygienic and economical aspects were analyzed. A simple manufacturing process of goat cheeses with chilli pepper was developed. Eleven cheeses with fourth concentrations of capsaicinoids (0, 5, 10 and 15 ppm) were evaluated by two untrained groups: Mexicans and French. Cheeses without chilli pepper and lightly spiced (5 ppm) with red jalapeño and capsaicinoids were well appreciated by French subjects. These cheeses as well as fairly spiced ones (10 ppm), whatever the source of spiciness, were appreciated by Mexicans. The appreciation of cheeses decrease with the increase in red colour intensity. Yoghourt bacteria (S. thermophilus and Lb. delbrueckii) appeared more sensitive to the aqueous red pepper jalapeño extract and no effect could be shown on the studied negative Gram bacteria. The economic survey showed that a goat’s exploitation production-spiced cheese manufacture is profitable. The project is not very sensitive to a variation of 15% in cost of food, labour, sum of both and to 8% of profit rate. It is sensitive but feasible with a variation (15%) of the selling price of the cheese and very sensitive to a decrease of 50% in output and it is not economically interesting if the company produces only milk