Les huîtres présentent un cycle de vie en deux phases : les larves pélagiques s’adhérent avant de se métamorphoser pour une vie benthique.L’adhésion larvaire se fait au stade pédivéligère par sécrétion d’un bioadhésif produit par un organe spécialisé : le pied. Bien que l’huître Crassostrea gigas soit un organisme d’importance économique et écologique, et un modèle d’étude en biologie marine, le phénomène d’adhésion chez la larve pédivéligère est peu documenté. Une étude morphologique des larves pédivéligères par histologie et microscopie électronique a été réalisée, afin de décrire les glandes responsables de la sécrétion de l’adhésif. Une composition majoritairement protéique de l’adhésif a été révélée par histochimie et spectroscopie FTIR.Une analyse in silico des données transcriptomiques disponibles chez C. gigas a permis d’identifier des gènes probablement impliqués dans l’adhésion.Deux analyses protéomiques, menées sur les larves entières et l’adhésif sécrété ont permis de caractériser des protéines en lien avec la biosynthèse et la structure de l’adhésif. Une protéine de type collagène apparaît impliquée dans la structure de l’adhésif de C. gigas. Cette première approche de l’étude de l’adhésion de C. gigas, permet d’envisager la valorisation biotechnologique des molécules identifiées. Le développement d’adhésifs biomimétiques, élaborés sur le principe des bioadhésifs marins, autoriserait le collage en milieu humide, et serait une alternative aux adhésifs synthétiques qui malgré leur toxicité, dominent le marché mondial. / Oysters show a two-phase life cycle: pelagic larvae adhere before metamorphosis into benthic life. Larval adhesion occurs at the pediveliger stage by secretion of a bioadhesive produced by a specialized organ: the foot. The oyster Crassostrea gigas is an organism of economic and ecological importance, and a model for study in marine biology, but the phenomenon of adhesion in the pediveliger larvae is poorly documented. A morphological description of the pediveliger larvae by histology and electron microscopy was performed to describe the glands responsible for the secretion of the adhesive.A predominantly proteinaceous composition of the adhesive was revealed by histochemistry and FTIR spectroscopy. An in silico analysis of available transcriptomic data from C. gigas was made to identify genes probably involved in adhesion. Two proteomic analyses, performed on whole larvae and on the secreted adhesive, characterizing proteins related to biosynthesis and adhesive structure. A collagen-like protein appears to be involved in the adhesive structure of C. gigas. This first approach to the study of the adhesion of C. gigas makes it possible to consider the biotechnological enhancement of the identified molecules. Despite their toxicity, synthetic adhesives dominate the world market. The development of biomimetic adhesives, based on marine bioadhesive strategies could be an alternative, and allowing furthermore bonding in wet condition.

L’utilisation des adhésifs dans le domaine médical prend de plus en plus de place jusqu’à leur utilisation par le grand public pour refermer certaines plaies superficielles. Les adhésifs les plus courants pour applications médicales sont formulés à partir d’hydrogel voire de silicone, prêts à l’emploi, très peu étant associés à une préparation particulière avant application comme c’est le cas dans le domaine dentaire avec l’utilisation de la photo-polymérisation. Notre travail de recherche a consisté à formuler des adhésifs photo-polymérisables permettant un collage résistant sur les tissus biologiques internes et à comprendre les mécanismes permettant d’aboutir à un collage de bonne qualité en tenant compte des contraintes fortes liées à l’application visée : (i) milieu humide dans lequel sera disposé l’adhésif, (ii) nature viscoélastique des tissus biologiques et (iii) facilité de mise en œuvre. L’ensemble des expériences a été mené sur un substrat considéré comme « modèle », le péricarde bovin, dont il a été montré que les propriétés mécaniques sont similaires à celles du péricarde humain. Ce travail a démontré que l’adhésion sur un tissu interne est dépendante de plusieurs paramètres. Pour assurer un bon collage, il est nécessaire que l’adhésif mouille le tissu biologique et pénètre suffisamment pour assurer un bon ancrage mécanique. De ce fait, des formulations adhésives à base d’acrylates de faible viscosité ont été réalisées. Nous avons montré que l’énergie d’adhésion développée diminue linéairement avec la viscosité de l’adhésif avant photo-polymérisation. Ce résultat a mené à l’hypothèse de la pénétration de l’adhésif dans le péricarde, validée par plusieurs techniques. Nous avons ainsi démontré le lien entre une adhésion forte sur un tissu biologique, la viscosité initiale de la solution adhésive et sa capacité à pénétrer le substrat. L’ensemble de ce travail a mené à la compréhension des mécanismes induits par le dépôt d’un monomère sur un substrat vivant et à des hypothèses sur la polymérisation de la couche adhésive et son interaction avec le substrat. Des expériences in-vivo sur différents organes de souris et de lapins ont permis de montrer des résultats prometteurs qui ne demandent qu’à être confirmés par une étude systématique à plus grande échelle. Enfin, une description phénoménologique est proposée au travers d’une équation simplifiée tenant compte de différents paramètres essentiels pour décrire les mécanismes en jeu. / Adhesives are more and more used by the public to seal superficial wounds. The current adhesives for medical use are formulated on the basis of hydrogels, silicon and are ready to use. Only a few of them are associated to a particular preparation before application as the dental adhesives. The main goals of this research were to formulate some photo-polymerizable adhesives which induce a permanent strong anchorage into the internal biological tissues and to understand the mechanisms leading to a good quality adhesion and respecting the high constraints of the application: (i) the wetness of the media in which the adhesive is deposited, (ii) the viscoelasticity of the biological tissues and (iii) the easiness of the set up. The whole experiments were done onto a substrate considered as a “model”, the bovine pericardium, which was demonstrated to have the same mechanical properties as the human pericardium. This study showed that the adhesion onto internal tissue depends on several parameters. To create the adhesion, the adhesive has to wet and penetrate deep enough the tissue to get a strong mechanical anchorage. Thus, some low viscous acrylate-based adhesive formulations were realized. A linear correlation was found between the viscosity of the formulation before photo-polymerization and the adhesion energy: as the viscosity increases, the adhesion energy decreases. This result led to the hypothesis of the penetration of the adhesive into the tissue, which was proven by different techniques. Finally, it was proven that a strong adhesion onto a biological tissue depends on the viscosity and its capability to penetrate the substrate. This whole work led to the understanding of the mechanisms induced by the deposit of a monomer onto a living substrate and to some hypotheses about the polymerization of the adhesive layer and its interaction with the substrate. Some in-vivo experiments onto internal organs of mice or rabbits have shown promising results which are to be confirmed by multiple other experiments. Finally, a phenomenological description is proposed through a simplified equation takin into account different essential parameters to describe the mechanisms taking part into this phenomenon.

Si l'augmentation du potentiel de corrosion libre des aciers inoxydables est avérée en eau de mer naturelle, l'aspect systématique de ce phénomène n'a pas encore été démontré en eau de rivière naturelle. Cette évolution du comportement électrochimique est due à la colonisation de la surface par des microorganismes induisant des modifications des processus cathodiques. Deux mécanismes enzymatiques différents sont proposés dans la littérature, l'un développé en eau de mer et fondé sur la production enzymatique de peroxyde d'hydrogène et d'acidité au sein du biofilm, et l'autre développé en eau de rivière et basé sur la déposition d'oxydes de manganèse à la surface du matériau. L'objectif de ce travail a été de confirmer le caractère systématique de l'augmentation du potentiel de corrosion libre et de mettre en évidence le (ou les) mécanisme(s) à l'origine de cette évolution, ainsi que de déterminer l'influence de l'adhésion du biofilm. Pour cela, des mesures électrochimiques, ainsi que des observations et des analyses de surface, ont été réalisées à la fois in situ au cours d'expériences dans la Seine à l'aide d'un dispositif original d'immersion, et en laboratoire lors d'expériences d'adhésion sur acier inoxydable à l'aide de souches microbiennes sauvages provenant de prélèvements de flore sessile dans la Seine.<br />Les résultats expérimentaux prouvent que les deux mécanismes évoqués dans la littérature peuvent avoir lieu dans un même cours d'eau et mener à des évolutions du comportement électrochimique comparables. Le modèle de production de peroxyde d'hydrogène par la glucose-oxydase, générant un milieu oxydant et acide, a été adapté au cas de l'eau de rivière artificielle. Il permet de reproduire les variations du potentiel de corrosion libre et des réactions cathodiques mais peut différer de l'eau de rivière naturelle du point de vue de la composition chimique et de la structure électronique du film passif. Enfin, l'étude des phénomènes de bioadhésion a montré la difficulté d'obtenir en laboratoire un biofilm électrochimiquement actif.

Avec une mortalité après pancréatectomie de l'ordre de 5 % et une morbidité aux alentours de 50 %, la chirurgie pancréatique est l'une des plus délicates des interventions digestives. L'une des complications les plus graves est l'apparition de fistules pancréatiques (FP), c'est-à-dire un défaut d'imperméabilisation au niveau des sutures, impliquant une fuite enzymatique dans le milieu péritonéal qui peut engager le pronostic vital du patient. A ce jour, aucun dispositif médical n'est indiqué dans la prévention de ces FPs. Ainsi, ce projet a pour ambition de concevoir et de valider un biomatériau constitué d'une matrice absorbante qui assurera la double fonction d'éponge et de réservoir d'agent antibactérien, sur laquelle un greffage chimique devrait conférer des propriétés bioadhésives thermorégulées. La première partie de ce travail est consacrée à l'optimisation de la matrice absorbante, à base d'alginate et de chitosane, déjà développée lors d'une précédente thèse. Trois types de procédés de séchages ont été comparés : le séchage par évaporation, la lyophilisation et le séchage en milieu CO2 supercritique. Ces différents procédés conduisent à des matériaux de structures internes et de porosités différentes. L'impact de ces différences de structure a été évalué en termes de capacité de gonflement dans différents milieux, dont un milieu pancréatique simulé, mais aussi en termes de résistance enzymatique et de libération de principe actif. En tenant compte des résultats obtenus, le séchage par évaporation a été identifié comme le plus approprié pour la suite de l'étude. Dans une deuxième partie, du poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) a été synthétisé par polymérisation contrôlée (RAFT) afin d'être greffé sur la matrice absorbante. Le PNIPAM est un polymère thermosensible dont les propriétés bioadhésives sont directement dépendantes de la température. Ce polymère est généralement bioadhésif au-dessus de sa " lower critical solution température " (LCST), située aux alentours de 32 °C. Dans cette étude la masse molaire et la densité de greffage du PNIPAM sont les deux principaux paramètres étudiés pour son greffage sur les matrices. Enfin, les propriétés de surface des matrices greffées ont été caractérisées. Les matériaux ont montré, in vitro, des propriétés bioadhésives thermosensibles, avec une bioadhésion cellulaire observée principalement au-delà de la LCST. Les essais ex vivo ont cependant montré une bioadhésion sur organe plus importante en dessous de celle-ci. Cette étude a permis de mettre au point des biomatériaux absorbants aux propriétés de surface thermorégulées. Une compréhension plus fine des relations propriétés de surface/propriétés d'usage permettrait d'optimiser les propriétés de bioadhésion thermorégulée. / Pancreatic surgery, which leads to 5 % of mortality and around 50 % of morbidity, is one of the most critical digestive operations. The most serious complication is the appearance of pancreatic fistulas (PFs), i.e. enzymatic leaks from the surgical sutures to the peritoneal environment that can lead to the life threatening of the patient. To date, no medical device is indicated for the prevention of these FPs. The aim of this project is to design and validate a biomaterial constituted of a matrix that will ensure the dual function of absorbent and antibacterial agent reservoir, on which a chemical grafting should confer thermoregulated bioadhesive properties. The first part of this work is devoted to the optimisation of the absorbent matrix, based on alginate and chitosan, already developed during a previous thesis. Three types of drying processes were compared: drying by evaporation, lyophilisation and drying in supercritical CO2 medium. These different processes led to materials with different internal structures and porosities. The impact of these structures was evaluated in terms of swelling capacity in various media, including a simulated pancreatic environment, but also in terms of enzymatic resistance and release of an active molecule. Taking into account the obtained results, drying by evaporation was identified as the most appropriate process. In a second part, poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) was synthesised by controlled polymerisation (RAFT) in order to be grafted onto the absorbent matrix surfaces. PNIPAM is a thermosensitive polymer with bioadhesive properties which depend on the temperature. This polymer is usually bioadhesive above its lower critical solution temperature (LCST), around 32 ° C. In this study, the molar mass and the grafting density of PNIPAM are the two main parameters studied for the surface modifications. Finally, the surface properties of the grafted matrices were characterised. In vitro, the materials showed thermosensitive bioadhesive properties, with a cellular bioadhesion mainly observed above the LCST. However, ex vivo tests exhibited higher bioadhesion on porcine organs at lower temperatures. This study led to the development of absorbent biomaterials with thermoregulated surface properties. Further understanding of the relationship between surface properties and in vivo bioadhesion would allow the optimisation of the thermoregulated surface properties.

La maîtrise de l'hygiène des surfaces demeure une préoccupation constante dans de nombreux secteurs d'activité. En effet, la contamination microbiologique des surfaces peut être à l'origine de problèmes de santé publique plus ou moins sévères dans les industries agro-alimentaires (toxi-infections alimentaires) ou le milieu médical (infections nosocomiales). L'efficacité des agents désinfectants restant variable d'une application à l'autre (notamment sur des micro-organismes adhérant), il s'avère nécessaire d'améliorer les formulations désinfectantes et/ou les procédures de désinfection qui y sont associées. Cette amiélioration passe par la mise en place de méthodes tests permettant d'évaluer rapidement l'activité antimicrobienne de produits commercialisés ou non, dans des conditions proches de la réalité. Ainsi, au cours de ce travail, nous avons défini un protocole pour déterminer l'activité létale des produits désinfectants sur cellules adhérentes, protocole composé de quatre étapes principales : i) choix des micro-organismes et standardisation de leurs conditions de conservation et de croissance, ii) mise en place d'un protocole d'adhésion reproductible sur supports conditionnés ou non, iii) test de désinfection sur cellules adhérentes et iv) optimisation de ce protocole dans le caractère in situ et le délai d'obtention des résultats par l'utilisation de marqueurs fluorescents, indicateurs de la viabilité cellulaire.

La contamination des matériaux par les bactéries est un processus naturel et spontané pouvant être à l’origine de graves infections. Actuellement, les techniques de lutte contre la biocontamination font appel à l’utilisation de matériaux biocides. Ces méthodes sont cependant sujettes à controverse puisqu’il a été mis en évidence qu’elles pouvaient être toxiques, que leur efficacité pouvait diminuer dans le temps et surtout qu’elles pouvaient participer à rendre les bactéries de plus en plus résistantes. La formation d’un biofilm impliquant l’adhésion des bactéries sur les surfaces, de nouvelles stratégies ont été développées par la conception de surfaces limitant leurs interactions avec les bactéries, telles que les surfaces anti-adhésives superhydrophobes. En effet, dans ce cas, l’adhésion est réduite par la présence d’une couche d’air entre les bactéries et la surface. Dans ce projet, deux matériaux ont été rendus superhydrophobes : un acier inoxydable 316 par électrodéposition de polymères hydrocarbonés ou fluorés dérivés du poly(3,4- éthylènedioxythiophène), et un PET par des traitements plasma successifs d’oxygène, de polypyrrole et de CF4. Le contrôle des paramètres expérimentaux ont permis d’obtenir des surfaces d’hydrophobie et de morphologie variables de façon à pouvoir étudier l’influence de ces propriétés physico-chimiques sur la bioadhésion et la formation de biofilm de trois souches bactériennes : P. aeruginosa, L. monocytogenes et S. aureus. Il a ainsi été mis en évidence, dans les conditions testées, l’importance de la présence de fonctions fluorées associée à une structuration contrôlée pour diminuer la biocontamination de surfaces. / Bacterial surface contamination is a natural and spontaneous process involved in serious infections. Currently, biocidal materials are used to avoid the biocontamination. However, these methods are not sufficient because of their toxicity, their loss of efficiency over time and mainly because they can make the bacteria more resistant.The biofilm formation involving the bacterial adhesion on surfaces, new strategies have been developed with the conception of surfaces reducing their interactions with bacteria, such as superhydrophobic surfaces. In fact, bacterial adhesion could be reduced by the presence of an air layer between superhydrophobic surface and bacteria. In this project, two substrates have been made superhydrophobic: 316 stainless steel by electrodeposition of hydrocarbon or fluorocarbon polymers, derived from poly(3,4- ethylenedioxythiophene), and PET by successive plasma treatments of oxygen, polypyrrole and CF4. The control of experimental parameters led to different water repellency and surface morphologies, and allows the study of the effect of these physico-chemical properties on the bioadhesion and the biofilm formation with three bacteria: P. aeruginosa, L. monocytogenes and S. aureus. Thus, it has been shown the important role of fluorinated chains and controlled surface structures to reduce the surface biocontamination.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Lors d’infections vaginales, divers pathogènes se développent au détriment de la flore locale. L’utilisation de lactobacilles en traitement prophylactique et/ou curatif pourrait pallier ce problème. Le but de ce travail de thèse a été de développer des microparticules mucoadhésives à base de pectine et d’acide hyaluronique (HA) pour la libération intravaginale de probiotiques. Quatre souches probiotiques ont été associées à des prébiotiques afin d’obtenir un effet symbiotique. Les microparticules ont été formulées par émulsification-gélification ionique. Dans un premier temps, l’étude de l’influence de différents paramètres de procédé et de formulation a permis de définir les conditions opératoires pour l’obtention de microparticules d'environ 140 µm de diamètre encapsulant des probiotiques viables. Puis, les propriétés mucoadhésives des microparticules ont été évaluées in-vitro et ex-vivo par des mesures rhéologiques en mode dynamique et par des tests d’indentation. La présence d’HA entraine une augmentation importante du pouvoir bioadhésif des particules. Enfin, ces microparticules ont été incorporées dans des comprimés par un procédé de granulation humide. L’encapsulation des bactéries permet leur protection lors du procédé de compression. De plus, contrairement aux formes classiques d'administration des probiotiques, les microparticules permettent d'obtenir un profil de libération prolongée des bactéries sur environ 10h contre 1h dans le cas d’un comprimé comportant des probiotiques non encapsulés. Un début de prolifération bactérienne s’opère entre 16 et 24 heures. Le comprimé ainsi développé est tout-à-fait adapté à une application vaginale / More than 300 millions of women around the world have urinary or vaginal infections, including yeast vaginitis and bacterial vaginosis. Vaginal use of probiotics offers a potential alternative approach to health restoration and maintenance of the vaginal microflora. Moreover, prebiotics may be combined with probiotics to obtain a symbiotic effect. The aim of this work was to develop pro- and pre-biotics-loaded bioadhesive microparticles by using pectin and hyaluronic acid (HA). Four probiotic strains classically used in vaginal applications and one prebiotic have been selected. Microparticles were produced by emulsification/gelation method using calcium as cross-linking agent. The study of process and formulation parameters allowed obtaining microparticles with a mean diameter of 140 µm which encapsulated between 1010 to 1011 cfu/g of microparticles. Their mucoadhesive properties have been proved both by rheological and indentation measurements in in-vitro and ex-vivo conditions. Moreover, results have shown that HA addition in pectin solutions enhanced the bioadhesive properties of the gel-based microparticles. Afterwards, microparticles have been incorporated inside tablet by wet granulation. Microencapsulation of probiotics allowed protecting them during the compression process. The kinetic release of probiotics studies in in-vitro conditions exhibited a sustained release profile for 10 hours against 1h for unencapsulated probiotics. A beginning of probiotic strain proliferation was observed between 16 to 24 hours. The developed tablet is well-suited to vaginal application

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La biocontamination des surfaces et les risques associés sont des enjeux majeurs économiques et de santé publique. Afin de limiter ou empêcher l’adhésion bactérienne, une des solutions possible consiste en la modification des propriétés des surfaces, afin de leur conférer les fonctions voulues. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est de modifier des surfaces de types métallique (acier) ou polymère : poly(téréphtalate d’éthylène) par des glycomonomères ou des monomères bioactifs. La stratégie de modification des surfaces s’effectue en plusieurs étapes.La première étape permet d’incorporer des fonctions réactives sur les surfaces par traitement acide puis réaction avec la dopamine, ou par traitement plasma ammoniaque. Des fonctions hydroxyle et amine sont introduites. Par la suite un amorceur de polymérisation par transfert d’atome est greffé sur les surfaces. Les monomères sont synthétisés et leur polymérisation étudiée en solution, dans un premier temps dans les conditions de polymérisation radicalaire classique, puis par polymérisation par transfert d’atome. Les conditions optimales sont déterminées, puis les polymérisations sur surfaces effectuées. La dernière étape concerne l’étude des propriétés microbiologiques des surfaces synthétisées.Les glycopolymères protégés et déprotégés de galactose ainsi que les polymères de méthacrylate de gaïacyle et de méthacrylate de thymyle ont été synthétisés. Les monomères ont été polymérisés par polymérisation par transfert d’atome à partir de la surface, sur les surfaces d’acier et de poly(téréphtalate d’éthylène). Après chaque étape de modification de surface, les matériaux ont été systématiquement caractérisés par goniométrie et spectroscopie à photoélectrons X. Les surfaces d’acier fonctionnalisées par le glycopolymère présentent des propriétés anti-adhésives vis-à-vis de Bacillus subtilis, un effet plus marqué est observé après greffage du glycopolymère déprotégé. Les surfaces de poly(téréphtalate d’éthylène) quant à elles, possèdent des propriétés anti-adhésives leur du greffage du poly(méthacrylate de thymyle) vis-à-vis de Listeria monocytogenes, Staphilococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa. Un effet anti-biofilm a également été mis en évidence vis-à-vis de Staphilococcus aureus.En parallèle des homopolymères d’ammonium quaternaire et des copolymères obtenus en incorporant les monomères bioactifs ont été synthétisés. Les propriétés antibactériennes sont testées en milieu planctonique vis-à-vis de Bacillus subtilis. Un degré de polymérisation égal à 78 et les groupements halogénoalcane : iodométhane ou bromoéthane permettent l’obtention de la concentration minimale inhibitrice la plus faible. La présence des monomères bioactifs permettent la diminution de la concentration minimale inhibitrice. Le résultat le plus intéressant est obtenu lors de l’incorporation d’un pourcent de N-(4-hydroxy-3-méthoxy-benzyl)-acrylamide. / Bio-contamination of surfaces and related risks are very important economically and for public health. To prevent this phenomenon, one solution is to modify the properties of the surfaces, in order to give them the wanted functionalities. The goal of this study is the modification of metallic surfaces (steel) or polymer surfaces: poly(ethylene terephtalate) with glycomonomers or bioactives monomers. To reach this objective, a multi-step strategy is applied.The first step enabled the incorporation of reactive species on the surfaces by an acid treatment followed by a reaction with dopamine, or by ammonia plasma treatment. Hydroxyl or amine functional groups are added. Then, an initiator of atom transfer radical polymerization is grafted on surfaces. Monomers are synthesized and conventional polymerization and atom transfer radical polymerization are studied. Optimal conditions are determined and polymerization on surfaces achieved. The last step is the study of the microbiological properties of the synthesized surfaces.Protected and unprotected galactose glycopolymers as well as gaiacyl methacrylate and thymyl methacrylate have been synthesized. Monomers have been polymerized by atom transfer radical polymerization directly to the steel or poly(ethylene therephtalate) surfaces. After each step, materials are analyzed by contact angle measurements and X-ray photoelectron spectrometry.Steel surfaces which are functionalized by a glycopolymer and tested in presence of Bacillus subtilis are found to have antiadhesive properties. A most important effect is observed with the unprotected glycopolymer. Poly(ethylene terephtalate) surfaces have antiadhesive properties in presence of Listeria monocytogenes, Staphilococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa when poly(thymyl methacrylate) is grafted. An antibiofilm effect is observed with Staphilococcus aureus.Simultaneously, quaternary ammonium homopolymers and copolymers by integration of bioactive monomers have been obtained. Their antibacterial properties are tested in planctonik conditions in presence of Bacillus subtilis. A degree of polymerization equal to 78 and alkyl halide groups: iodomethane and bromoethane enabled to obtain the lowest minimal inhibitory concentration. Bioactive monomers contributed to emphasize this decrease. The most decreasing effect is obtained when one per cent of N-(4-hydroxy-3-méthoxy-benzyl)-acrylamide is integrated.