Revêtements polymériques adaptatifs pour la biocatalyse et la libération de molécules

Smart polymeric coastings for biocatalysis and drug delivery applications

• Auteur / Autrice : Cédric Vogt
• Direction : Philippe Lavalle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines

Enzymes

Polyélectrolytes

Surfaces

Polymères en médecine

Catalyse

Interfaces (biologie)

Résumé

Cette thèse se situe dans le domaine des matériaux dits intelligents et plus généralement dans celui des biomatériaux. Elle décrit d’abord la conception de nouveaux systèmes biocatalytiques mécanosensibles basés sur des films multicouches de polyélectrolytes. Un premier système est constitué d’une strate réservoir chargée d'enzymes et recouverte d’une strate barrière. Le substrat enzymatique mis au contact du film ne permet pas d'amorcer une activité biocatalytique, grâce à l’efficacité de la strate barrière. Lorsqu'un étirement longitudinal est appliqué au film, le processus biocatalytique démarre suite à l’exposition des enzymes à l'interface film/solution. Le deuxième système étudié possède une architecture similaire mais les substrats enzymatiques sont cette fois-ci dans le réservoir et les enzymes sont adsorbées sur la barrière. L’étirement du film induit une réaction catalytique mais également la libération des produits obtenus. Le dernier système vise à permettre la manipulation de molécules uniques à l’aide de matériaux mécanosensibles : le but est de déformer des enzymes fixées de façon covalente dans une matrice en étirant cette dernière. Une première méthode repose sur la réticulation de films multicouches et une seconde sur l’utilisation d’hydrogels. Une autre étude concerne la dynamique de perméation de protéines dans un film multicouche de polyélectrolytes à croissance exponentielle. La quantité de protéines chargées dans ces films est modulable et peut atteindre des concentrations très importantes. De plus, il existe une forte corrélation entre la concentration de protéines dans le film et leurs propriétés de diffusion et de libération.

This PhD work is about mechanosensitive smart materials and concerns the biomaterials field. It first deals with the development of mechanosensitive biocatalytic polymeric coatings based on polyelectrolyte multilayers. The first one is made from a reservoir filled with enzymes and capped with a barrier. There is no biocatalytic activity at rest when a substrate solution is in contact, thanks to the efficiency of the barrier. The reaction can be activated by a stretch, through exhibition of the enzymes on top of the film. A second system has a similar architecture, but here the reservoir contains enzymatic substrates and enzymes are deposited on top of the barrier. In this case, stretching the system triggers a “reactive” release of the obtained products: it allows the substrates to cross the barrier so to meet the enzymes located on top, leading to production and release of the products. The last system links both concepts of manipulation of single molecules and mechanosensitive materials : the goal is to unfold enzymes covalently bound in a polymeric matrix by stretching it macroscopically. Two solutions were proposed : either reticulation of polyelectrolyte films is used as main concept, or it involves the fabrication of hydrogels. The second part of the work is about the study of loading, diffusion and spontaneous release of proteins in an exponentially growing polyelectrolyte film. It is shown that it is possible to modulate the concentration of proteins within the film and to reach high amounts. A strong correlation has also been found between the concentration, the mobility and the release rate.