Etude de films minces et de nanoparticules obtenus par auto-assemblage de copolymères à blocs et leurs interactions avec un oligo/polysaccharide

Study of thin films and nanoparticles obtained by self-assembly of block copolymers and their interactions with an oligo / polysaccharide

• Auteur / Autrice : Ledilege Cucco Porto
• Direction : Redouane Borsali, Valdir Soldi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des polymères
• Date : Soutenance le 27/04/2011
• Etablissement(s) : Grenoble en cotutelle avec Universidade federal de Santa Catarina (Brésil)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherches sur les macromolécules végétales (Grenoble ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Coma
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Edvani Curti Muniz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Chassenieux, Adriana Raffin Pohlmann

Mots clés

Mots clés libres

Nanoparticules

Films nanostructurés

Copolymères à bloc

Nanoparticles

Nanostructured films

Block copolymers

Résumé

Ce travail décrit la séparation de microphase à l'état solide d'un copolymère dibloc comprenant un bloc hautement biocompatible poly [2 - (méthacryloyloxy) éthyl phosphorylcholine] et un bloc pH-sensible poly [2 - (diisopropylamino) méthacrylate d'éthyle] (PMPC-b-PDPA). L'auto-assemblage d'un copolymère dibloc amphiphiles à base de polystyrène (PS) et le poly (acide acrylique) (PAA), a été étudié en suspension aqueuse, et leur décoration par du chitosane, afin de vérifier leur capacité à encapsuler et à libérer par voie transdermique la finastéride, une molécule stéroïdiens inhibiteur de la enzyme 5-alpha-réductase, qui a été recommandée pour le traitement de l'alopécie androgénétique. La morphologie des films PMPC30-b-PDPA60 a été analysée par SAXS et (S) TEM. Films du PMPC30-b-PDPA60 préparés dans une solution de l'éthanol à température ambiante présentent une morphologie cylindrique, qui subit une transition ordre-ordre sur un recuit thermique à 170 ° C: la structure lamellaire résultant coexiste avec une proportion de cylindres organisée dans une phase hexagonale compacte. En revanche, les films du copolymère préparé à partir de méthanol ne subissent pas la même transition morphologique, résultant dans des structures mal organisées, indépendante de traitement thermique. Enfin, les structures lamellaires sont obtenues directement à partir d'une solution aqueuse à pH 4, sans traitement thermique. Ces systèmes offrent une nouvelle alternative pour la fabrication de structures lamellaires constituées d'un matériau biomimétique et anti-fouling, élargissant l'éventail des possibilités dans le domaine de l'ingénierie macromoléculaire.Une autre stratégie adoptée dans ce travail a été basé sur le développement de nanoparticules bien organisé avec des propriétés de surface nature bioinspirés, formé entre polymersomes chargés négativement à base des copolymères à blocs de polystyrène (PS) et le poly (acide acrylique) (PAA) décorés avec du chitosane, un polysaccharide de charge opposée. Le rôle de l'adsorption du chitosane avec deux poids moléculaires distincts (chitosane oligosaccharides et du chitosane avec un faible poids moléculaire) sur la surface des nanoparticules PS139-b-PAA17 et des nanoparticules PS404-b-PAA63 ont été démontrés par diffusion dynamique de la lumière, potentiel zêta et caractérisation morphologiques. En présence du chitosane, le potentiel zêta de polymersomes devient positif. Ce résultat a été interprété en termes d'interactions électrostatiques, qui induisent une adsorption du chitosane sur la surface des polymersomes. Ce résultat a été confirmé par une observation comparative par microscopie entre des polymersomes et des polymersomes décorées. Polymersomes avec un diamètre <200 nm et une distribution granulométrique relativement étroite ont été obtenus pour les deux systèmes. L'effet de la décoration des nanoparticules par du chitosane sur la perméation cutanée in vitro du finastéride, incorporé dans la paroi hydrophobe de polymersomes, a également été évaluée. La pénétration cutanée du finastéride a été estimée par les paramètres de perméabilité tels que le flux, temps de latence et du coefficient de perméabilité de la finastéride. Une amélioration de la perméation du finastéride à partir des nanoparticules a été observée, en particulier à partir de nanoparticules décorées avec du chitosane. Le polymersome PS404-b-PAA63 décorées avec du chitosane semble être le système le plus approprié car il favorisé une meilleure rétention du médicament dans la peau et les faibles valeurs de flux de perméation, suggérant que le système fournit un véhicule de remplacement pour l'administration transdermique de finastéride.

This work describes the microphase separation in bulk of an diblock copolymer comprising a highly biocompatible poly[2-(methacryloyloxy)ethyl phosphorylcholine] block and a pH-sensitive poly[2-(diisopropylamino) ethyl methacrylate] block (PMPC-b-PDPA). The self-assembly of an amphiphilic diblock copolymer based on polystyrene (PS) and poly(acrylic acid) (PAA) was studied in terms of their decoration with the chitosan, verifying their ability to incorporate and transdermally release the drug finasteride, a steroidal molecule 5-alpha-reductase inhibitor that has been recommended for the treatment of androgenetic alopecia. The morphology of PMPC30-b-PDPA60 films was analyzed using SAXS and (S)TEM. PMPC30-b-PDPA60 films cast from ethanol solution at room temperature exhibit a thermodynamically quasi-stable cylindrical morphology, which undergoes an order-order transition upon thermal annealing at 170 oC: the resulting lamellar structure coexists with a minor proportion of cylinders organized into a hexagonal compact phase. In contrast, copolymer films cast from methanol do not undergo the same morphological transition. Instead, short-range liquid-like structures are obtained regardless of the annealing processes. Finally, direct self-assembly to form a lamellar morphology at room temperature can be achieved by solvent-casting from aqueous solution at pH 4. These systems offer a new alternative for the fabrication of lamellar structures in which one layer is biomimetic and non-fouling, expanding the range of possibilities in the macromolecular engineering field. Another strategy adopted in this work was based on the development of well-organized nanoparticles with nature-bioinspired surface properties, formed between negatively charged polymersomes based on polystyrene (PS) and poly(acrylic acid) (PAA) block copolymers decorated with chitosan, an oppositely charged polysaccharide. The role of chitosan with two distinct molecular weights (chitosan oligosaccharide and low molecular weight chitosan) adsorption on the surface of oppositely charged PS139-b-PAA17 and PS404-b-PAA63 nanoparticles were demonstrated by dynamic light scattering measurements, zeta potential and morphological characterization. In the presence of chitosan, the zeta potential of polymersomes becomes positive. This result was interpreted in terms of electrostatic interactions, which induce a flat adsorption of the chitosan on the surface of the polymersomes. This result was further confirmed by a comparative observation by microscopy of bare and chitosan-decorated polymersomes. Polymersomes with a diameter < 200 nm and a relatively narrow size distribution were obtained for both systems. The effect of chitosan decoration of self-assembled nanoparticles on skin penetration in vitro of finasteride was also evaluated, once incorporated in the wall hydrophobic of polymersomes. The skin permeation through pig ear skin of finasteride was estimated by the permeability parameters such as flux, lag time and permeability coefficient of finasteride. An improved permeation of finasteride from the nanoparticle system was observed, especially from nanoparticles decorated with chitosan. The PS404-b-PAA63 polymersome decorated with chitosan seems to be the most appropriate system since it provided higher drug retention in skin and low permeation flux values, suggesting that the PS-b-PAA/chitosan system provides an alternative for transdermal drug delivery system of finasteride.