Remodelage enzymatique de gels de gélatine : influence de la spécificité protéolytique et de l'acide hyaluronique

Enzymatic remodeling of gzlatin gels : influence of proteolytic specificity and hyaluronic acid

• Auteur / Autrice : Julien Picard
• Direction : Véronique Larreta-Garde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gélatine

Biomatériaux

Viscoélasticité

Acide hyaluronique

Résumé

Les gels sont des milieux non conventionnels régis par des transitions de phase sol-gel et gel-sol. Leur étude présente un intérêt aussi bien au niveau fondamental qu’au niveau appliqué. En effet, certains milieux biologiques, comme la matrice extracellulaire, sont assimilables à un milieu gélifié. Au sein du laboratoire, un nouveau biomatériau a été mis en place et nommé Enzgel : il consiste en une solution capable de subir successivement une transition sol-gel puis une transition gel-sol, indépendamment des conditions physico-chimiques et de façon programmable. Il est obtenu à partir d’une solution de gélatine, protéine dérivée du collagène, incluant deux enzymes à activités antagonistes (la transglutaminase et une protéase). La double transition, d’un point de vue temporel, et les propriétés viscoélastiques sont dictées par les concentrations et le rapport entre les deux activités enzymatiques. La thèse s’intéresse notamment à l’importance de la spécificité protéolytique dans le remodelage du gel de gélatine. Trois types de protéases ont été testés, la thermolysine, la trypsine et la collagénase. Chacune est caractérisée par une spécificité de clivage des protéines et par une sensibilité vis-à-vis de la conformation de la gélatine (forme coïl ou triple hélice) ainsi que de la présence de liens covalents. Il a été montré une importance de cette spécificité sur les caractéristiques des Enzgels. La deuxième partie de la thèse s’intéresse à l’influence de l’acide hyaluronique sur la gélification de la gélatine et sur l’évolution viscoélastique des Enzgels. C’est un polysaccharide matriciel qui possède notamment des propriétés rhéologiques remarquables puisqu’il est capable de former un réseau d’enchevêtrement. Il a été montré que lorsqu’il se trouve en présence de gélatine, l’acide hyaluronique conférait des propriétés mécaniques nouvelles aux solutions et aux gels. Le système Enzgel est applicable aussi en présence d’acide hyaluronique. Par contre, il influence les caractéristiques viscoélastiques globales des Enzgels, ainsi que la quantité de collagénase à utiliser pour obtenir la double transition. Le polysaccharide est spécifiquement dégradable par la hyaluronidase. Ce remodelage dépend de la quantité d'enzyme, de la température ainsi que de l’état du milieu: solution ou gel. Dans le cas des Enzgels, une synergie s’installe entre la protéase et la hyaluronidase dans la chute de la viscoélasticité lors de la resolubilisation du système. Elle dépend de la quantité de hyaluronidase utilisée et peut aller jusqu'à la suppression totale de l'effet de l'acide hyaluronique. L'ensemble de ces études a permis de mettre au point des Enzgels de compositions très variées couvrant une large gamme de propriétés et offrant de nouveaux débouchés à ce nouveau type de biomatériau.

Gels are from the non-conventional media governed by sol-gel and phase transitions. Their studies find interest about both fundamental and applied level. Indeed, some biological media, as the extracellular matrix, are like to a gel. Within the laboratory, a new biomaterial was established and named Enzgel: it consists of a solution able to undergo a sol-gel transition successively followed by transition gel-sol, independently of physicochemical conditions and by programmable way. It is obtained from a solution of gelatin including two antagonists’ enzymes activities (a transglutaminase and a protease). The double transition, in terms of time and the viscoelastic properties, are dictated by the concentrations and the ratio between the two enzymatic activities. The thesis focuses on the importance of proteolytic specificity in the remodeling of gelatin gel. Three types of proteases were tested, thermolysin, trypsin and collagenase. Each is characterized by specific cleavage of protein and sensitivity towards the conformation of gelatin (coïl form or triple helix) as well as the presence of covalent bonds. It has been shown importance of this specificity on the Enzgels characteristics. The second part of the thesis focuses on the influence of hyaluronic acid on the gelatin gel and evolution of Enzgels viscoelastic. It is a matrix polysaccharide that has remarkable rheological properties since it is form entanglement network. It has been shown that in the presence of gelatin, hyaluronic acid confer new mechanical properties. The Enzgel system is applicable also in the presence of hyaluronic acid. However, polysaccharide influences viscoelastic characteristics of Enzgels and the amount of collagenase to use for to get the double transition. The polysaccharide is specifically degradable by hyaluronidase. This remodeling depends on the amount of enzyme, temperature and the state of media: solution or gel. In the case of Enzgels, synergy between the protease and hyaluronidase became in the fall of viscoelasticity during resolubilisation of system. It depends on the amount of hyaluronidase used allow to total elimination of the effect of hyaluronic acid. These studies have helped to develop Enzgels of highly varied compositions covering a wide range of properties and offering new opportunities to this new type of biomaterial.