Délivrance moléculaire par contrôle de la dynamique de gels supports : étude en vue de l'élaboration d'un nouveau type de pansement

From drug delivery through control of gel dynamics to the elaboration of a new type of wound dressing

• Auteur / Autrice : Marie-Cécile Klak
• Direction : Véronique Larreta-Garde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 05/05/2011
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellules (Cergy-Pontoise, Val d'Oise ; 1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : André Ulmann, Emmanuel Pauthe, Sébastien Giraudier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Diego Mantovani, Didier Letourneur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gels (pharmacie)

Ruban chirurgical

Mots clés libres

Délivrance moléculaire

Gels

Dynamique

Principes actifs

Pansement

Drug Delivery

Gels

Drugs

Dynamic

Wound dressing

Résumé

Les gels sont des solides mous constitués d'un réseau de molécules emprisonnant une phase liquide. Certains gels constitués de polymères biologiques sont appelés biogels. Biocompatibles, biorésorbables et déformables, ils possèdent une structure similaire à la matrice extracellulaire. De plus, la phase aqueuse d'un gel représente 95% de sa masse. Il est donc possible d'inclure des molécules au sein du réseau gélifié et de les faire diffuser vers l'extérieur. Ces qualités confèrent aux biogels de grandes potentialités en tant que biomatériaux innovants et systèmes de délivrance thérapeutique.Durant cette thèse, nous avons étudié la diffusion des molécules à partir de différents gels de gélatine.Dans un premier temps la diffusion à partir d'un gel chimique à été caractérisée grâce à l'utilisation de différentes molécules modèles. Elles balaient une large gamme de poids moléculaire et de charge ionique. Il a été montré que la diffusion depuis ces gels dépend de la nature du réseau de gélatine et de la nature des molécules diffusantes.Dans un second temps, les gels chimiques de gélatine ont été modifiés afin de contrôler et stimuler la libération moléculaire. Cinq nouvelles matrices gélifiées ont donc été synthétisées puis testés en diffusion. La phase sol du gel a tout d'abord été modifiée à l'aide d'un polymère viscosigène : l'alginate. Celui-ci limite la diffusion de certaines molécules. De plus son hydrolyse progressive induit la libération graduelle de molécules piégées. Le réseau de gélatine a ensuite été modifié. La synthèse d'un deuxième réseau au sein du gel de gélatine augmente ses capacités de rétention. Enfin l'utilisation de la technologie enzgel permettant la resolubilisation enzymatique contrôlée et programmée du gel de gélatine permet la libération massive et totale des molécules.Dans un troisième temps, l'ensemble des résultats de diffusion a permis la mise au point d'un unique modèle mathématique de diffusion pour l'ensemble des matrices. Ce modèle repose sur la deuxième loi de Fick et prend en compte l'encombrement stérique au sein du réseau de gélatine. Ainsi, il est possible de prévoir la diffusion en fonction de la nature du réseau et de la molécule diffusante.Enfin les résultats ont été utilisés dans le but de développer un pansement actif permettant de stimuler la cicatrisation des plaies chroniques.

Gels are soft matter composed of a liquid phase entrapped in a polymer network. Biopolymers can form gels, and then called biogels. Biocompatible, bioresorbable, these structures are really closed to extracellular matrix. Furthermore, aqueous phase represents 95% of the whole gel. Its possible to include molecules inside this liquid phase. Molecules are then released from the gel to the external environment.During this PhD project, we have studied the molecular release from different gelatin matrices.First, the release of a large range of molecules from chemical gelatin gel was studied. Different molecular weights and ionic charges were compared. The results show that the release depend on both the network structure and the include molecule characteristics. Moreover, the simultaneous release of two different compounds is possible.In the second part of the manuscript, gelatin gel was modified in order to control or stimulate the release. Five matrices were synthesised and tested. At first, alginate, a viscous polymer was introduced into the aqueous phase. Alginate is able to limit diffusion and its hydrolysis stimulates molecular release. Then, the gelatin network itself was modified. The synthesis of a second network within gelatin gel increases the entrapment of molecules. On the contrary, the use of ephemeral gels, where gelatin network hydrolysis is programmed and timed-controlled, leads to stimulate the molecular release.Then, a simple model elaborated from Fick's second law was constructed to describe these different delivery systems. The originality of the model resides in the consideration of the steric hindrance inside the gel. This unique model is able to predict correctly the release kinetics of small and large molecules, with or without interaction with the solid network, the concomitant release of two molecules and the release from ephemeral gels.Finally, all results were used in order to develop a new wound dressing able to deliver drugs and stimulate chronics wound healing.