Ce travail vise à obtenir un matériau possédant des propriétés de complexation grâce aux cyclodextrines (CyD) et à démontrer la faisabilité de la synthèse en milieu CO2 supercritique (scCO2). L'adaptation en scCO2 de la polyaddition directe entre une α-CyD et un diisocyanate n’a montré qu’une faible conversion après 7 heures de réaction (presque totale en 4 heure en milieu liquide), en raison de la complexation possible du diisocyanate par la CyD, de l’insolubilité de la CyD dans le scCO2 ou d’une diminution de la vitesse de réaction nécessitant un temps supérieure pour atteindre une conversion plus élevée. Des études supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ses hypothèses. La conception d’un monomère original pouvant être scCO2-soluble, par acétylation des hydroxyles de la CyD, fonctionnalisé par 3 isocyanates a montré, par polyaddition avec une alkyldiamine, en milieu solvant, une forte dépendance de la masse molaire avec la concentration (jusqu’à 16,89 kg/mol à 50 %pds en monomères). En milieu scCO2, la conversion du monomère original a été totale, avec des masses molaires atteintes supérieures à celles en milieu liquide à concentration identique, démontrant l’intérêt d’un tel milieu en remplacement de solvants organiques dans le cas d’une conception bien adaptée. L’extension de la gamme de concentrations et des conditions opératoires (température, pression) reste à réaliser pour conclure à l’intérêt du scCO2 par rapport à ce monomère original à base de CyD / This work aims at obtaining a polymeric material possessing complexation abilities thanks to cyclodextrins (CyD) within its framework and demonstrating the feasibility of the synthesis in supercritical CO2 medium (scCO2). Contrary to liquid medium, the polymerization of α-CyD and a diisocyanate in scCO2 shows only low conversion after 7 hours due to the possible complexation of the diisocyanate by the CyD, the insolubility of the CyD in scCO2 medium or insufficient time to achieve high conversion due to diminution of the reaction rate. New studies have to be done in order to confirm these hypothesis. The design of an original monomer which could be soluble in scCO2 thanks to acetyl groups fixed on the CyD and functionalized by 3 isocyanates, leads to a strong dependency of the molar mass with the concentration of monomers (up to 16.89 kg/mol at 50 %w of monomers) when reacted with a diaminoalkyle chain extender in solvent medium. In scCO2 medium, full conversion of this monomer is achieved, with higher molar masses obtained than in liquid medium at the same concentration. This demonstrates the potential of such a synthesis medium instead of organic solvents when design is well adapted. However, more experiments are needed to study the influence of concentration, temperature and pressure on larger scales to conclude in the interest of scCO2

Un nouveau dendron phénol trialcyne a été développé par analogie avec le dendron phénol triallyle déjà connu. En nous appuyant sur les cœurs dendritiques polyiodés du laboratoire, nous avons obtenu une famille de dendrimères polyalcynes comportant 27, 81 et 243 branches. Des ferrocènes ont ensuite été greffés par chimie « click » à la périphérie de ces dendrimères. La série obtenue permet la reconnaissance électrochimique d’oxo-anions d’intérêt biologique, comme l’ATP, et de cations métalliques. Grâce aux propriétés d’adsorption des grand dendrimères, nous avons obtenu des électrodes de platine modifiées, robustes et recyclables, permettant de réaliser cette reconnaissance. Une série de glycodendrimères comportant 27, 81 et 243 xylopyranosides terminaux a également été synthétisée. Les méthodes de caractérisation de nanoobjets ont été investiguées, et en particulier, les techniques permettant d’obtenir la taille des molécules en solution comme la RMN DOSY et la diffusion dynamique de la lumière (DLS). Enfin, une série de dendrimères robustes comportant 4 à 6 branches alcynes très longues a été développée. Le greffage périphérique par chimie « click » de beta-cyclodextrines méthylées aléatoirement est également rapporté. / A new easily accessible trialkyne phenol dendron has been developed mimicking the already known triallyl phenol dendron. A family of polyalkynyl containing dendrimers with 27, 81 and 243 terminal branches was obtained starting from the classical polyiodo dendritic cores of the laboratory. Ferrocenes were then grafted using “click” chemistry. The dendrimers obtained allowed electrochemical sensing of both biologically interesting oxo-anions like ATP and metallic cations. Robust and recyclable modified platinum electrodes were obtained thank to the adsorption properties of large dendrimers. These electrodes are able to recognize the same ions as the dendrimer in solution. A novel series of glycodendrimers with 27, 81 and 243 modified xylopyranosides termini was synthesized too. The characterization methods for such nanoobjects were investigated, and particularly technics that allow to obtain the size of the molecules like dynamic light scattering (DLS) and DOSY NMR. Finally, a family of robust polyalkynyl containing dendrimers with 4 to 6 enlarged branches was developed. The functionalization with randomly methylated beta-cyclodextrins using “click” chemistry is also reported.

L’Imagerie par Résonance Magnétique est une technique d’imagerie possédant une des plus hautes résolutions d’images, utilisée pour le diagnostic clinique et en recherche. Cependant cette technique souffre d’une faible sensibilité intrinsèque due au faible contraste naturel entre les différents tissus. Pour pallier à cette limitation, des agents de contraste, principalement des complexes de Gd(III), sont actuellement utilisés et continus d’être développés. Ce projet de thèse s’inscrit dans la volonté de concevoir de nouveaux agents de contrastes plus efficaces et plus stables en utilisant la β- et l’α-cyclodextrines (CD) comme plateforme capables d’intégrer trois ou quatre fonctions pyridine-carboxylates ou pyridine-phosphonates, connues pour leur pouvoir chélatant du Gd(III). La première partie des travaux concerne les aménagements fonctionnels des CDs afin de pouvoir les fonctionnaliser régiosélectivement avec des bras chélatants du Gd(III) de types pyridino-carboxylate et pyridino-phosphonate. La deuxième partie traite de la caractérisation physico-chimique des nouveaux systèmes complexes Gd-ligands synthétisés (Gd-Lα et Gd-Lβ). Les principales propriétés caractérisant les agents de contraste ont été mesurées. Ainsi, de très bonne relaxivités ont été obtenue (25 mM-1s-1 < r1 < 40 mM-1s-1). Cependant, les stabilités des complexes se sont avérées faibles (4,24 < log KGdL < 5,58). En perspectives, il est nécessaire d’obtenir un juste équilibre entre une forte relaxivité et une stabilité élevée pour assurer la non-libération du Gd(III) toxique. / Magnetic Resonance Imaging is one of the most important and non-invasive tools for clinical diagnostics and biomedical researches. Nevertheless, this modality suffers from intrinsic low sensitivity. To overcome this limitation, contrast agents, mostly based on polyaminocarboxylate complexes of gadolinium are used. The aim of this project was to design new Gd(III)-based contrast agents using β- and α-cyclodextrins (CD), known to generate high relaxivity, functionalized with pyridine-carboxylate and pyridine-phosphonate ligands, known for their good affinity with the lanthanide cations. Here we first investigated the regio-functionalization of the β-CD on the primary face to access to scaffold called Lβ with four pyridine-carboxylate ligands. To develop an efficient and reproducible synthesis, HPLC analysis was implemented. Then, using these conditions, carboxylate- and phosphonate-ester, precursors to access α-CD ligands Lα and Lα’, were synthesized. The carboxylate-ester deprotection step successfully afforded the ligand noted Lα contrary to the deprotection of phosphonate ester which still have to be explored. Characterizations of these complicated Gd-ligands systems (Gd-Lα et Gd-Lβ) were reported. Their stability and relaxivity were measured and very good relaxivities were obtained (25 mM-1s-1 < r1 < 40 mM-1s-1). These new structures open the way to an improvement in term of stability.

L’utilisation de siRNA est une nouvelle approche thérapeutique très prometteuse. Néanmoins leur transfection à visée thérapeutique est un réel défi. Les obstacles à franchir pour élaborer des agents de transfection sûrs et fiables sont nombreux. Afin de les contourner nous nous sommes attachés à la construction d’un système dynamique qui, à l’image des virus, est constitué de briques moléculaires, s’emboitant et interagissant avec des acides nucléiques selon des interactions supramoléculaires. Ainsi, nous avons élaboré des polymères supramoléculaires polycationiques à base de monomères de cyclodextrines pontées, fonctionnalisées par un groupement adamantyle. Ce type de conjugué pallie un problème manifeste dans la littérature concernant les assemblages de β-CD souvent insolubles ou bien auto-inclus. L’ajout éventuel d’une autre fonction cationique pour améliorer l’interaction avec les siRNA a aussi été réalisé. Ainsi, la capacité à s’auto-assembler de quatre composés a été étudiée par RMN-1H, RMN-ROESY, ITC, RMN-DOSY, et SANS. Par ailleurs, ces composés ont montré une certaine capacité à complexer et à protéger les siRNA. L’un de ces composés a de plus montré une bonne aptitude à transfecter des siRNA in vitro, sans induire de toxicité. Les assemblages CD-siRNA ont finalement été observés par cryo-TEM et ont montré la formation de fibres, organisées de manière hiérarchique et hautement coopérative. Nous avons ainsi créé des assemblages supramoléculaires uniques à base d’acides nucléiques, rappelant la structure, la taille et la fonction d’un virus. / SiRNA based therapeutics are very promising. A key challenge for their development is the design of sophisticated, safe and effective delivery methods. To address all the biological obstacles for the conception of such therapeutics, we focused on the construction of a virus-like dynamic system, built with molecular bricks, able to self assemble and to interact with nucleic acid through supramolecular interactions. Bridged cyclodextrin based supramolecular polymers were developed to form host-guest interactions. To do so, cyclodextrins were conjugated with cationic and hydrophobic moiety in a spatially controlled way. These conjugates solved problems well known in the literature about the self-inclusion and the solubility in water of such molecules. The ability to self-assemble of 4 compounds were studied by RMN-1H, RMN-ROESY, ITC, RMN-DOSY and SANS. All these compounds showed a good capability to complex and protect siRNA. Moreover, one of these compounds is able to transfect siRNA in vitro without any toxicity, and therefore, to induce gene silencing. Assembly of CD and siRNA were finally observed by cryo-microscopy, which showed long fibres organised in a hierarchical and cooperative manner. This unique system is therefore strongly reminiscent of the structure, size and function of a virus.

Die nucleophile aromatische Substitution von ausgewählten aktivierten Fluoraromaten mit Polyvinylaminen wurde in Wasser untersucht, um neue chromophore wasserlösliche Polyelektrolyte zu synthetisieren. Die Löslichkeit der nitrogruppentragenden Fluorverbindungen in Wasser wurde durch Komplexierung mittels 2,6-O-Dimethyl-beta-Cyclodextrin vermittelt. Die chromophoren Einheiten von funktionalisierten Polyvinylaminen weisen interessante optische Eigenschaften sowohl in Abhängigkeit vom pH-Wert als auch von der Natur des Lösungsmittels (Solvatochromie) auf. Ein direkter Zusammenhang zwischen der Struktur und der Reaktivität des jeweils eingesetzten Fluoraromaten bei der Substitutionsreaktion mit Polyvinylamin wurde durch die Bestimmung des Substitutionsgrades chromophorer Einheiten und durch kinetische Untersuchungen mit Hilfe der UV/vis-Spektroskopie nachweisbar. Weiterhin wurde die nucleophile aromatische Substitution von aktivierten Fluoraromaten mit Polyvinylaminen an der Grenzfläche Kieselgel/Wasser untersucht, um neue chromophore Hybridmaterialien zu erhalten.

Le stockage optique de l’information et l’imagerie à super-résolution sont des champs d’application dont les besoins en matériaux et en molécules photocommutables sont grandissants. Une des approches consiste à associer au sein d’une même structure moléculaire des photochromes et des fluorophores au sein de laquelle des transferts d’énergie résonants sont possibles. La combinaison des propriétés photophysiques des deux types d’entités conduit à la photocommutation de fluorescence recherchée. Pour concevoir de tels systèmes, nous avons basé notre approche sur le concept de click chemistry qui permet d’avoir une grande flexibilité du point de vue synthétique. Ainsi, en utilisant des plateformes moléculaires comme les dérivés de sucres et la β-cyclodextrine, nous avons synthétisé de nombreuses architectures multichromophoriques. En variant le ratio entre le nombre de photochromes (DAE) et de fluorophores (DCM) au sein d’une même molécule, nous avons pu progresser dans la compréhension des relations entre les structures et les propriétés photophysiques de ces systèmes, impliquant des transferts d’énergie multiples entre les différentes entités. Cette démarche nous a permis, d’une part, d’appréhender les effets d’extinction non-linéaire de fluorescence, et d’autre part, de découvrir l’effet d’hystérèse photocontrôlable résultant de la compétition entre les transferts d’énergie et les réactions photochromes. / The fields of optical data storage and super-resolution imaging are in expansion and attract an increasing demand on photoswitchable materials and molecules. One approach consists in associating photochromic and fluorophores units in the same molecular structure, allowing resonant energy transfer processes. The combination of the photophysical properties of the two units leads to the expected fluorescence photoswitching. To design such systems, we based our approach on the click chemistry concept which offers a great flexibility in terms of synthesis pathways. Thus, using molecular platforms such as sugar derivatives and β-cyclodextrin, we have synthesized many multichromophoric architectures. By varying the ratio between photochromic (DAE) and fluorophore (DCM) units in the same molecule, we improved our comprehension of the structure-properties relationships, involving multiple energy transfers between the different entities. This allowed us, first, to understand the effects of non-linear fluorescence quenching, and secondly, to discover the light-controlled hysteresis effect resulting from the competition between energy transfers and photochromic reactions.

Le manque de thérapies innovantes en chimiothérapie humaine incite la communauté scientifique à s'intéresser à de nouvelles sources de composés bioactifs. Nous pouvons citer les métabolites secondaires de plantes, auxquels appartiennent les acides hydroxy pentacycliques triterpénoiques (AHPTs) et plus particulièrement les Acides Ursolique (AU), Oléanolique (AO) et Bétulinique (AB). Ces molécules font l'objet de nombreuses études qui tendent à démontrer leurs propriétés : anti-infectieuses, anticancéreuses, antiprolifératives, anti-inflammatoires, hépatoprotectrices. Le principal obstacle à leur utilisation à des fins thérapeutiques, reste l'insolubilité de ces AHPTs dans l'eau. L'objectif de ce travail a donc été d'augmenter leur hydrosolubilité. Dans un premier temps, en accord avec les recommandations et/ou normes existantes, nous avons démontré que le spectre d'activité antibactérienne de l'AU et de l'AO se limitait aux bactéries à Gram positif. Aucun AHPT n'a montré d'activité antifongique. Seul l'AB a montré une activité intéressante sur le Cytomégalovirus humain (hCMV) ; aucune activité antivirale n'ayant été retrouvée sur le Poliovirus. Enfin, l'AB, mais encore plus l'AU ont montré une activité anticancéreuse à l'encontre de cellules modèles de leucémie myéloïde chronique (LMC). Dans un deuxième temps, nous avons procédé à la fabrication et à l'étude de complexes entre les AHPTs et des cyclodextrines. Nous avons retenu la gamma-cyclodextrine (gamma-CD), qui présentait l'avantage de complexer les 3 AHPTs avec une constante de formation « moyenne » à « élevée ». Ces complexes AHPTs :gamma-CD ont été caractérisés en utilisant diverses techniques : chromatographiques, thermiques et spectrométriques. Nous avons conclu à l'obtention de complexes d'inclusion qui ont permis d'augmenter la solubilité des AHPTs. Dans une dernière partie, nous avons évalué les activités biologiques des complexes AHPTs : gamma-CD. Les résultats montrent que les complexes AU : gamma-CD et AO : gamma-CD restent actifs à l'encontre des bactéries à Gram positif (mais avec une efficacité plus faible) ; tandis que le complexe AB : gamma-CD se révèle être actif sur certaines bactéries. Le complexe AB : gamma-CD, et de façon surprenante le complexe AU : gamma-CD présentent une activité antivirale à l'encontre du hCMV. Enfin, la diminution de la cytotoxicité liée à la complexation des AHPTs accroit l'intérêt des molécules d'AU et d'AB sur les cellules de LMC / The lack of innovative therapies in human chemotherapy incites the scientific community to be interested in new sources of bioactive compounds. We can quote the secondary metabolites of plants, to which belong hydroxy pentacyclic triterpene acids (HPTAs) and more particularly Ursolic (UA), Oleanolic (OA) and Betulinic Acids(BA). These molecules are the subjetc of numerous studies which tend to demonstrate their properties: anti-infective, anticancer, antiproliferatives, anti-inflammatory and hepatoprotectrive. The main obstacle to their use in therapeutic purposes stays the insolubility of these AHPTs in the water. Thus the objective of this work was to increase their hydrosolubility. At first, in agreement with the recommendations and/or the existing standards, we demonstrated that the antibacterial spectra of UA and OA are limited to Gram-positive bacteria. No HPTA showed antifungal activity. Only the BA showed an interesting antiviral activity on human Cytomegalovirus (hCMV); no antiviral activity was on Poliovirus. Finally, the BA, but even more UA showed an anticancer activity against cellular model of chronic myeloid leukemia (CML). Secondly, we proceeded to the manufacturing and to the study of complexes between HPTAs and cyclodextrines. We retained gamma-cyclodextrine (gamma-CD), which presented the advantage to complex the 3 AHPTs with a constant of "average" to "raised". These HPTAs:gamma-CD complexes were characterized by using diverse techniques: chromatographic, thermal and spectrometric. We concluded in the obtaining of inclusion complexes which allowed increasing the solubility of the HPTAs. In a last part, we estimated the biological activities of the HPTAs:gamma-CD complexes. The results show that the UA:gamma-CD and OA:gamma-CD complexes remain active against Gram-positive bacteria (but with a weaker efficiency); whereas the BA:gamma-CD complex shows to be active on certain bacteria. The BA:gamma-CD complex, and in a surprising way the UA:gamma-CD complex presents an antiviral activity against the hCMV. Finally, the decrease of the cytotoxicity linked to the complexation of the HPTAs believes the interest of UA and of BA on CML cells

La synthèse et la vectorisation d’agents anticancéreux constituent des axes de recherche majeurs du LCSN. De nombreux composés naturels possèdent des propriétés anticancéreuses, mais ils sont abandonnés en raison de leur manque de sélectivité vis-à-vis des cellules cancéreuses ou de leur faible biodisponibilité. Ainsi, un grand intérêt est actuellement porté sur le développement de médicaments spécifiquement vectorisés vers les cellules cancéreuses. Les vecteurs utilisés dans ce travail sont des dérivés de polyamines et des nano objets de type β-cyclodextrines / nanocristaux de cellulose (β-CD/CNCx). Les polyamines vont permettre un ciblage actif des cellules cancéreuses grâce au système de transport de polyamine (PTS) surexprimé dans ces cellules. Les nano objets vont cibler spécifiquement les tumeurs via un ciblage passif dû à l’effet EPR. Les principes actifs employés dans cette étude sont des flavonoïdes, et plus particulièrement des chalcones. En effet, les flavonoïdes, qui constituent une large famille de composés phénoliques naturels, sont connus pour leurs nombreux effets biologiques comme les activités antioxydantes, anti-inflammatoires et anti-prolifératives.L’intérêt du LCSN à la fois pour les chalcones et les agents anticancéreux nous a conduits à concevoir de nouveaux composés antiprolifératifs vectorisés. Ce travail présente dans un premier temps la synthèse de chalcones et l’obtention de dérivés couplés aux différents vecteurs décrits précédemment (motifs polyaminés,β-CD/CNCx) ; un travail sur la synthèse d’une bis-chalcone via le couplage de Suzuki est également exposé.L’ensemble des molécules obtenues est caractérisé par des analyses RMN 1H, 13C et HRMS. Dans une seconde partie, nous présentons l’ensemble des évaluations biologiques des composés précédemment obtenus. Ces évaluations sont réalisées par un test de viabilité cellulaire (test MTT) sur quatre lignées cancéreuses : deux colorectales (HT-29 et HCT-116) et deux prostatiques (PC-3 et DU-145). / Synthesis and vectorization of anticancer agents are major research themes of LCSN. Many natural compoundspossess anti-cancer properties, but they are dropped because of their lack of selectivity to cancer cells or theirlow bioavailability. Thus, great interest is currently focused on the development of drugs specifically vectorizedto cancer cells. The vectors used in this work are polyamine derivatives and nano-objects type β-cyclodextrin /cellulose nanocrystals (β-CD/CNCx). Polyamines allow active targeting of cancer cells through the polyaminetransport system (PTS) overexpressed in these cells. Nano-objects specifically target tumors using a passivetargeting due to the EPR effect. Drugs used in this study are flavonoids, especially chalcones. Indeed,flavonoids, which constitute a large family of natural phenolic compounds, are known for their numerousbiological effects such as antioxidant, anti-inflammatory and anti-proliferative activities. The interest of LCSNfor both chalcones and anticancer agents led us to design new vectorized anti-proliferative compounds. Firstly,this work shows the synthesis of chalcones and their derivatives coupled to various above-described vectors(polyamines units, β-CD/CNCx); a work on the synthesis of a bis-chalcone through the Suzuki coupling reactionis also exposed. All molecules obtained are characterized by 1H NMR, 13C NMR and HRMS analysis. In thesecond part of this work, we present all biological evaluations of compounds previously obtained. Theseassessments are performed through a cell viability test (MTT test) on four cancer cell lines: two colorectal (HT-29 and HCT-116) and two prostate (PC-3 and DU-145) cell lines.

La reparation de defauts osseux par les techniques de l’ingenierie tissulaire osseuse (ITO) est consideree comme une alternative aux greffes conventionnelles. L’objectif de ce projet de these fut de developper des materiaux destines a servir de scaffolds pour le comblement et la regeneration osseuse, ces derniers etant sous la forme d’hydrogels injectables d’une part, et d’eponges, d’autre part. Ces deux types de materiaux ont ete obtenus par melange de chitosane (CHT, cationique), et de polymere de cyclodextrine reticule par l’acide citrique (PCD, anionique), interagissant via des liaisons ioniques et formant des complexes polyélectrolytes. La premiere partie de la these a ete consacree au developpement et caracterisation d’une eponge CHT/PCDs qui a ete chargee avec le facteur de croissance de l’endothelium vasculaire (VEFG) dans le but de favoriser sa vascularisation. Le second volet de la these a eu pour objectif d’optimiser la formulation d’un hydrogel injectable destine a la chirurgie mini-invasive, compose de CHT et de PCD sous sa forme soluble (PCDs) et insoluble (PCDi) [CHT/PCDi/PCDs]. L'etude a ete concentree sur l’optimisation et la caracterisation des proprietes rheologiques de l’hydrogel. Enfin, une etude prospective sur le developpement de l'hydrogel/eponge composite en ajoutant une phase minerale - l'hydroxyapatite (HAp) dans la formulation a ete realisee afin d'ameliorer les proprietes mecaniques et osteoconductrices.L’eponges CHT/PCDs a ratio 3 :3 a ete obtenue par lyophilisation des hydrogels et a subi un traitement thermique (TT) afin d’ameliorer leur stabilite par la formation des liaisons covalentes. L’eponge CHT/PCDs avec un TT a 160°C a montre des proprietes de gonflement eleve (~600%) et une biodegradation ralenti induite par le lysozyme (~12% perte masse dans un mois). Sa microstructure, ses proprietes mecaniques de compression et sa cytocompatibilite avec deux types de cellules (pre-osteoblastes (MC3T3-E1) et endotheliales primaires (HUVECs) ont ete etudiees. Une porosite elevee (~87%) avec des pores interconnectes a ete observee par microtomographie de rayons X, ainsi qu’une bonne adhesion et colonisation cellulaire au sein de l’eponge par microscopie electronique a balayage (MEB). Le VEGF a ete incorpore dans l’eponge, et son profil de liberation a ete suivi, ainsi que la bio-activite du VEGF libere. La liberation du VEGF a ete rapide pendant les trois premiers jours, puis ralenti jusqu'a devenir non-detectable par la methode ELISA jusqu’a 7 jours. Le VEGF libere pendant les deux premiers jours a montre un effet pro-proliferation et pro-migration significatif sur les HUVECs.Les hydrogels injectables de CHT/PCDi/PCDs a differents ratios ont ete optimises et caracterises en fonction de leurs proprietes rheologiques, leur injectabilite, et leur cytotoxicite. L’impact de l’ajoute du PCDi dans l’hydrogel a ete clairement observe par analyses rheologiques Ainsi, l'hydrogel CHT/PCD, compose a parts egales de PCDi et de PCDs, a demontre le meilleur compromis entre stabilite structurelle, proprietes rheofluidifiantes et autoreparantes, et injectabilite. En plus, l’hydrogel a montre une excellente cytocompatibilite vis-avis les cellules pre-osteoblastes MC3T3-E1.Bases sur la formulation optimisee, l’HAp a ete incorporee a differentes concentrations dans l’hydrogel. L’ajout de la phase minerale n’a pas perturbe la formation ni la stabilite structurelle des hydrogels, mais a ameliore les proprietes viscoelastiques. Les eponges composites, elaborees par lyophilisation de ces hydrogels, ont montre que les particules de HAp etaient dispersees de maniere homogene dans la structure macroporeuse de l'eponge. Ces resultats encourageants ont montre qu'il etait possible de fournir un hydrogel injectable ou une eponge composite comme scaffold pour l’ITO [...] / Repair of bone defects by bone tissue engineering (BTE) methods is considered as an alternative to conventional grafts. The aim of this PhD project was to develop two types of BTE scaffolds for bone regeneration: one is in the form of injectable hydrogel, and the other is in the form of sponge. Both scaffolds based on the formation of polyelectrolyte complexes by mixing chitosan (CHT, cationic) and polymer of cyclodextrin (PCD, anionic). Besides developing the sponge scaffold, the vascularization of 3D scaffold (a challenge of BTE) was specially investigated in the first part of the work, for which vascular endothelial growth factor (VEFG) was loaded on the CHT/PCDs sponge to promote the vascularization. The second part of the thesis was dedicated to the elaboration of an injectable CHT/PCD hydrogel, which was intended for minimally invasive surgery. The formulation optimization of hydrogel was performed by tuning the composition ratios of two PCD components: soluble-form PCD (PCDs) and insoluble-form PCD (PCDi), in order to better reach the specific requirement (e.g. rheological properties) of injectable hydrogel for regenerative medicine. Finally, a prospective study on developing the composite hydrogel/sponge by adding a mineral phase - hydroxyapatite (HAp) in the formulation was realized to improve the mechanical and osteoconductive properties.CHT/PCDs sponges were obtained by freeze-drying the hydrogels CHT/PCDs 3:3. The thermal treatment (TT) at different temperatures was further applied on the sponge to improve the mechanical stability. The CHT/PCDs sponge treated at 160°C was opted for further study thanks to high swelling capacity (~ 600%) and moderate lysozyme-induced biodegradation rate in vitro (~ 12% mass loss 21 days). This sponge of choice was further evaluated for the microstructure, the mechanical property (compressive strength) and the cytocompatibility with pre-osteoblasts (MC3T3-E1) and endothelial cells (HUVEC). Results of X-ray microtomography showed a high porosity (~87%) in the sponge with interconnected pores. Good cell adhesion and in-growth (colonization) in the sponge were observed by scanning electron microscopy (SEM). After loading VEGF on the sponge, the release profile of VEGF and the bioactivity of released VEGF were thoroughly studied. It showed that the release of VEGF was rapid (burst) during the first two days, then slowed down up to non-detectable by ELISA method after 7 days. The released VEGF during the first two days showed a significant pro-proliferation and pro-migration effect on HUVECs.For the injectable CHT/PCDi/PCDs hydrogels, optimization of composition ratio was based on evaluating their rheological properties, injectability, and cytotoxicity. The beneficial effect of combining both PCDi and PCDs in the formula of the hydrogel was clearly observed on the properties of hydrogel. Namely, the CHT/PCD hydrogel, composed of equal quantity of PCDi and PCDs, demonstrated the best compromise between structural stability, shearthinning and self-healing properties, and injectability. An excellent cytocompatibility with preosteoblast cells (MC3T3-E1) was also confirmed for the hydrogel with this composition.Based on the optimized formulation, HAp was incorporated at different concentrations, which didn’t disturb the formation or the structural stability of the hydrogels, but improved the viscoelastic properties. The composite sponges, elaborated by lyophilization of these hydrogels, showed that the HAp particles homogeneously dispersed within the macroporous structure of the sponge. These encouraging results showed the feasibility of providing an injectable hydrogel or a composite sponge for BTE scaffold [...]

Ce projet de thèse s'inscrit dans une dynamique de développement des polyrotaxanes de cyclodextrines pour des applications biomédicales. L'objectif est d'obtenir, par une approche modulaire et convergente, des polyrotaxanes fonctionnalisés pour l'imagerie par microscopie optique dans le proche infrarouge et l'IRM. Une bibliothèque de cyclodextrines fonctionnalisées a été générée par CuAAC entre des fluorophores (BODIPY, Cyanine) ou un agent de contraste (monoamide-DOTA-Gd) et des ?-cyclodextrines mono- ou bis-azotures. Leurs propriétés d'auto-assemblage ont été étudiées sur un axe court et ont permis le développement de [3]rotaxanes fonctionnalisés pour l'IRM dont les expérimentations in vivo ont démontré l'apport bénéfique de la structure supramoléculaire pour les propriétés d'agent de contraste. L'extension de l'architecture aux polyrotaxanes multimodaux a été réalisée par l'utilisation d'un axe polyammonium. Une nouvelle classe d'axes anioniques a été développée avec l'étude cinétique et thermodynamique de l'enfilage sélectif d'une ou deux cyclodextrines sur des monomères diphosphates et montre l'intérêt des pseudo-bouchons phosphates pour le contrôle de la barrière d'activation par le pH. L'extension à une structure pseudopolyrotaxane est obtenue par la synthèse d'un poly(hexylène phosphate) et permet de valider l'utilisation du polymère pour la synthèse de composés fonctionnalisés. En perspective de ces développements, des voies de post-fonctionnalisation des polyrotaxanes, une nouvelle voie de synthèse par polymérisation de pseudo-rotaxanes et l'obtention d'une cyclodextrine pour le relargage contrôlé par stimuli acido-basiques sont abordées. / This PhD project is focused on the development of cyclodextrin-based polyrotaxanes for biomedical applications. The objective is to use a modular building-block approach to synthesize functionalized polyrotaxanes for NIR fluorescence and magnetic resonance imaging. A library of functionalized cyclodextrins was obtained by a versatile ‘click’ reaction between fluorescent probes (BODIPY, Cyanine) or contrast agent (GdDOTA-monoamide) and mono- or bis-azido α-cyclodextrins. Their self-assembly properties were first studied on short axles and allowed the development of functionalized [3]rotaxanes for MRI. In vitro and in vivo studies demonstrated the advantages of the supramolecular approach for the design of contrast agent with an enhancement of the relaxivities and better retention times in kidneys. The strategy was extended to obtain multimodal polyrotaxane architectures based on a poly(alkyl)ammonium thread. A new family of anionic threads based on alkylphosphate moieties was also developed. Thorough kinetic and thermodynamic studies revealed the ability of phosphates to act as pH-responsive stoppers enabling a selective threading of one or two cyclodextrins on small alkanediphosphate threads. Pseudopolyrotaxanes of α-CD were then obtained with poly(hexylene phosphate) and pave the way for the synthesis of functionalized ones. Finally, significant investigations in the post-functionalization of polyrotaxanes, polymerization of pseudo-rotaxanes as new synthetic pathway and pH-switchable rotaxane for controlled release were realized.