Les systèmes moléculaires de taille nanométrique sont impliqués dans une grande variété de procédés et de fonctions biologiques. La compréhension des mécanismes permettant le contrôle de leur structure à plusieurs échelles présente un grand intérêt. Par exemple, malgré le défi que cela représente, il n'existe actuellement aucun système synthétique permettant la formation d'objets fibrillaires de diamètre monodisperse et modulable en milieu aqueux. L'objectif de ce travail est de développer une boite à outils moléculaires de cyclodextrines (CDs) sélectivement di-fonctionnalisées de façon à pouvoir s'auto-assembler sous forme de fibres pouvant ensuite s'associer pour former des assemblages hiérarchiques via des interactions secondaires. L'étude de la formation du premier niveau d'assemblage de ces composés par viscosimétrie, ITC et SANS a montré que l'utilisation de CDs pontées permet de favoriser la polymérisation de ces composés en supprimant le phénomène d'auto-inclusion. Cette étude a permis de développer deux polymères supramoléculaires (PSM) cationiques à base de ?-CDs fonctionnalisées possédant un degré de polymérisation plus élevé que ceux existant actuellement. Leur capacité à former des PSM hiérarchiques en présence de polyanions rigides a ensuite été évaluée par analyses DLS, spectroscopie et cryo-MET. Dans des conditions de concentration en CDs et de rapport en charges optimisées, trois différents assemblages hiérarchiques solubles dans l'eau ont été formés. Nous avons montré que le premier niveau d'association ainsi que la directionnalité des interactions secondaires étaient des paramètres clés pour la formation d'assemblages hiérarchiques stables et de morphologies bien définies. Ces structures modulables nous serviront donc de plateformes pour étudier et mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la formation des assemblages hiérarchiques. / Molecular systems with nanometer-sized dimensions are involved in a wide variety of processes and biological functions. Understanding the mechanisms controlling their multi-lengthscale structure presents a major interest. For instance, despite this challenge, there is so far no reliable synthetic system forming well-defined tunable fibrillar objects with a monodisperse diameter in aqueous solution. The aim of this work is to develop a tool box of di-functionalized cyclodextrins (CDs) specifically designed to self-assemble into supramolecular rods that could then reach higher levels of hierarchy via interactions mediated by the secondary functionalization. The study of the first level of association of these compounds by viscosimetry, ITC and SANS showed that the use of bridged CDs allows the polymerization by suppressing the self-inclusion phenomenon. As a result, we developed two tunable cationic supramolecular polymers (SMP) based on functionalized β-CD with relatively high polymerization degrees. Their ability to form hierarchical SMP with rigid polyanionic species was then assessed by DLS, spectroscopy and cryo-TEM. In optimized concentration and charge ratio conditions, three different water-soluble hierarchical assemblies were formed. We showed that the first level of association and the high directionality of the secondary interactions are key parameters to achieve these stable, well-defined, hierarchical assemblies. These tunable structures will be therefore used as a platform to get greater insight into hierarchical assembling processes.

Ce travail décrit une étude quantitative de plusieurs systèmes de reconnaissance biomoléculaire impliquant des interactions multivalentes.<br />Deux chapitres sont axés sur l'utilisation de plateformes supramoléculaires cyclodécapeptidiques appelées RAFT (Regioselectively Adressable Functionnalized Template) permettant la présentation multiple de ligand saccharidique ou cyclopeptidique. Une étude cinétique et thermodynamique des interactions entre les ligands RAFT-saccharide et une lectine modèle, la concanavaline A, a permis de démontrer que deux mécanismes moléculaires sont à l'origine de la meilleure affinité des RAFT multivalents par rapport à leurs homologues monovalents : d'une part un effet de « proximité-statistique » dû à la concentration locale élevée en motif sucre et d'autre part la capacité des RAFT multivalents à se lier à plusieurs lectines selon un effet « cluster ». Des études préliminaires ont également concerné l'analyse de l'interaction entre RAFT-RGD et des récepteurs cellulaires.<br />Dans un dernier chapitre, nous avons démontré, pour la première fois, la formation de films multicouches grâce à des interactions de type hôte-invité entre deux biopolymères de chitosane, l'un fonctionnalisés par des cavités Β-cyclodextrine et l'autre par des entités adamantane. Bien que la stabilité de l'assemblage soit assurée par des interactions de complexation multivalentes, la croissance de l'assemblage, quant à elle, dépend de la disponibilité des sites de complexation offerts par chacune des couches. De plus, les deux polymères chargés positivement confèrent à l'assemblage des propriétés de gonflement-dégonflement en réponse à des variations de force ionique et pH.

La surface d'un matériau est le lieu privilégié des interactions entre le matériau et son environnement. La technique couche-par-couche, qui consiste en un dépôt alterné de polyanions et de polycations, ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine des biomatériaux pour le contrôle de ces interactions. La cohésion des films multicouches de polyélectrolytes est principalement assurée par des interactions électrostatiques mais a été étendue à d'autres forces motrices telles que les interactions hôte-invité. Nos travaux s’articulent autour de deux axes principaux. D’une part, nous nous sommes intéressés aux films multicouches de polymères neutres basés sur des interactions hôte-invité et en particulier à l'influence de la force du complexe d’inclusion b-cyclodextrine/ferrocène sur la topographie de ces films. La force de l’interaction hôte-invité a d’abord été modulée en associant différents invités (l’adamantane, le ferrocène et le pyrène) avec la β-cyclodextrine. La force du complexe b-cyclodextrine/ferrocène a été ensuite modulée par la présence de différents sels de sodium à différentes forces ioniques au cours de la construction du film. Une force d'interaction intermédiaire du complexe semble être nécessaire pour former des films continus, tandis que, si elle est trop faible, la force d'interaction limite la construction du film.D’autre part, motivé par le fait que la prévention des infections microbiennes des dispositifs médicaux implantables constitue un problème médical et financier majeur, nous avons développé de nouveaux revêtements antimicrobiens grâce à la technique couche-par-couche. Des films multicouches à base de polysaccharides contenant la cateslytine, un peptide antimicrobien, permettent l’inhibition en 24h du développement de Candida albicans et Staphylococcus aureus, qui sont des agents pathogènes communs et virulents rencontrés dans les maladies nosocomiales. La libération des peptides antimicrobiens est déclenchée par la dégradation enzymatique du film en présence des agents pathogènes. Le revêtement est ainsi qualifié d’auto-défensif. La non-cytotoxicité du film vis-à-vis des cellules humaines permet une application cliniquement pertinente pour prévenir les infections sur les cathéters. Des dimères à base de cateslytine de différentes longueurs et un dendrimère ont été synthétisés afin d'améliorer l'activité biologique du peptide d'origine, i.e. ses propriétés antimicrobiennes et antiinflammatoires. Afin d’élaborer des films antimicrobiens mécaniquement robustes, le polyuréthane (polymère entrant dans la composition des cathéters) a été fonctionnalisé par une couche de polydopamine qui peut ensuite réagir avec des groupements thiol ou amine, permettant la fixation covalente des films de polysaccharides antimicrobiens réticulés étape par étape. / The surface of a material is the privileged location, where the interactions between the material and its environment take place. In the field of biomaterials, the challenge is to control these interactions. A very versatile coating technique is the layer-by-layer deposition, which consists in the alternated deposition of polyanions and polycations. The cohesion of polyelectrolyte multilayer films is primarily ensured by electrostatic interactions but was extended to other driving forces such as host-guest interactions. Our work was constituted of two main parts.In the first part, the buildup of neutral polymer multilayer films based on host-guest interactions was studied and in particular the influence of β-cyclodextrin/ferrocene interaction strength on the topography of these films. The host-guest interaction strength was first modulated by involving different guests (adamantane, ferrocene and pyrene) in the buildup. Then, β -cyclodextrin/ferrocene interaction strength was tuned by the presence of different types and concentrations of salts during the multilayer buildup. Intermediate interaction strength seems to be required to form continuous films, whereas, if too low, the interaction strength limits the film buildup.In the second part, motivated by the fact that the prevention of pathogen colonization of implantable medical devices constitutes a major medical and financial issue, polyelectrolyte multilayers were used as tools to develop new antimicrobial coatings. Polysaccharide multilayer films containing cateslytin, an antimicrobial peptide, fully inhibited in 24h the development of Candida albicans and Staphylococcus aureus, which are common and virulent pathogens agents encountered in care-associated diseases. The release of the antimicrobial peptides was triggered by the enzymatic degradation of the film due to the pathogens themselves introducing the concept of self-defensive coating. The non-cytotoxicity of the film, towards human cells, highlights a medically relevant application to prevent infections on catheters. Different cateslytin based dimers with various lengths and one dendrimer were synthesized in order to improve the bioactivity of the original peptide, i.e. antimicrobial and anti-inflammatory properties. In order to obtain mechanically robust antimicrobial films, polyurethane (polymer that composes catheters) was functionalized with a polydopamine layer that can further react with thiol or amine groups, allowing the covalent attachment of step-by-step cross-linked antimicrobial polysaccharide films.