Films multicouches de polyélectrolytes : Une nouvelle interface biocompatible pour la croissance de neurones

• Auteur / Autrice : David Pointu
• Direction : Gero Decher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cultures cellulaires

Biomatériaux

Adsorption

Dendrimères

Couches minces

Neurones

Polyélectrolytes

Résumé

Des films minces organiques multicouches auto-assemblés avec des polyélectrolytes synthétiques ont été fabriqués et ont permis l'adhésion et la croissance de motoneurones spinaux purifiés d'embryon de rats in vitro. Les polyélectrolytes cationiques et comportant des groupements amines ont, en plus de leur très bonne biocompatibilité, d'excellentes affinités pour les cellules nerveuses. Comme l'a montré l'étude statistique quantitative morphologique, ces surfaces donnent des résultats comparables et souvent meilleurs que ceux obtenus sur les substrats PLL/laminine traditionnellement utilisés. La grande flexibilité de cette technique de fabrication de systèmes interfaciaux nous a permit de moduler les propriétés de ces interfaces pour obtenir différentes réponses des neurones. Nous avons également trouvé que le milieu de culture avait une influence sur le développement des neurones de part son interaction avec les surfaces. Une autre partie du travail a consisté en la fabrication de films multicouches composites de macromolécules dendritiques chargées (dendrimères) et de polyélectrolytes. Des dendrimères phosphorés de 4ème génération avec un cœur tri ou hexafonctionnel et des groupements ammonium en surface et le polystyrène sulfonate ont été utilisés. La caractérisation a été faite par UV/Vis, ellipsométrie et réflectivité de rayons X. Les dendrimères forment des couches homogènes et stables sur des substrats de silicium. L'épaisseur moyenne d'une couche dépend de la structure des dendrimères et de la force ionique et est toujours trouvée inférieure au diamètre du dendrimère dans une forme idéale sphérique. La fraction axiale de cette déformation anisotrope des dendrimères aplatis peut varier de 1:2 à 1:7. Les films multicouches de dendrimères présentent une propriété très marquée de non perméabilité aux solvants. Enfin, les dendrimères peuvent être utilisé dans des films multicouches comme hôte de molécules organiques contenues dans leurs cavités internes.

We report the development of new bioactive coatings, based on the alternate physical adsorption of oppositely charged polyelectrolytes, for survival, adhesion and outgrowth of nerve cells. Various substrates built with various polyelectrolytes adsorbed on glass substrats were used to test the effect of surface chemistry on dissociated cultures of purified rat embryonic spinal motoneurons. A complete statistical morphological studie was carried out. We found that survival and morphological properties are the best, even compared to classical substrates coated with polylysine and laminin, when polycations with an amine group are used. The polyelectrolytes increase the number of the neuritic process and decrease somewhat their length. We also investigate the effect of roughness and find that it increases significantly the length of neuritic process. We find that interaction between surface and the medium in which the neurons are is also a key parameter and influence the behaviour of the nerve cells. On the other hand, we fabricate composite multilayers films of charged dendritic macromolecules (dendrimer) and polyelectrolytes. Phosphorus-containing dendrimers of 4th generation with tri or hexafunctional core and with ammonium groups on surface and polystyrenesulfonate have been used as building units. Characterization are carried out by UV/Vis, ellipsometry and X-ray reflectivity. All dendrimers are observed to form homogeneous, stable layers on a silicon surface. The average thickness of a molecular layer varies with structure and ionic strength and is much smaller than the diameter of ideal spherical dendritic macromolecules. The model of molecular ordering dendrimer films assumes compressed dendrimers of oblate shape with the axial ratio in the range from 1:2 to 1:7. The structure of the formed films do not allow penetration of solvent. We also demonstrate that dendrimers can act as host for small organic molecules embedded in their internal cavities.