Complexes polyélectrolytes d'acide hyaluronique et de chitosane pour des applications biomédicales

par Gautier Lalevée

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Thierry Delair et de Laurent David.

Soutenue le 15-06-2017

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (équipe de recherche) et de Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Florence Agnely.

Le jury était composé de John Meadows, Alexandra Clayer, Guillaume Sudre.

Les rapporteurs étaient Laurent Corté, Catherine Picart.


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l'élaboration de complexes polyélectrolytes combinant deux polyélectrolytes de charges opposées ainsi que l'étude de leur potentiel en tant que biomatériaux injectables pour du comblement de ride. L'acide hyaluronique (portant des - charges négatives sur ses groupements carboxyliques -COO ) a été complexé avec l'unique polycation d'origine naturelle appelé chitosane (portant des charges positives de + par ses groupements amines -NH3 ). Les paramètres influençant la formation et les propriétés physico-chimiques des complexes acide hyaluronique – chitosane ont été étudiés. Nous avons utilisé une nouvelle technique de complexation développée au laboratoire mettant en œuvre la diminution de la force ionique de mélanges acide hyaluronique – chitosane – chlorure de sodium par dialyse dans le domaine de complexation de l'acide hyaluronique et du chitosane (pH approximativement compris entre 2.5 et 6.5). Ce procédé permet l'élimination progressive des sels et une association lente. Nous avons par ce biais été capable d'induire et de contrôler l'auto-assemblage de ces deux polyélectrolytes. Plusieurs formes ont ainsi été obtenues comme des agrégats, des complexes solubles, des suspensions colloïdales ou des coacervats. Au cours de ce travail, nous avons obtenu des hydrogels mixtes d'acide hyaluronique et de chitosane ayant d'exceptionnelles propriétés d'étirabilité à pH acide. D'autre part, une approche alternative a été envisagée, visant à utiliser les propriétés intrinsèques du chitosane, en particulier son aptitude à gélifier au contact de milieux alcalins. Ainsi, par un procédé similaire, nous avons pu former des hydrogels acide hyaluronique – chitosane réticulés physiquement, stable à pH et osmolarité physiologiques, et pouvant endurer des déformations importantes. De plus, ces systèmes peuvent être stérilisés par autoclave et peuvent être formulés afin d'être injectables. Réunissant toutes les conditions pour être de bons candidats au développement de biomatériaux injectables, ces hydrogels ont été testés in vivo sur un modèle lapin afin d‘évaluer leur biocompatibilité et leur applicabilité en tant que produits injectables en intradermique

  • Titre traduit

    Polyelectrolyte complexes of hyaluronic acid and chitosan for biomedical applications


  • Résumé

    This work is devoted to the elaboration of polyelectrolyte complexes systems combining two oppositely-charged polyelectrolytes and to the study of their potential application as - injectable dermal fillers. Hyaluronic acid as polyanion (carboxylic groups -COO as negative charges) was complexed with the only naturally-occuring polycation named + chitosan (amine groups -NH3 as positive charges). The factors impacting the formation of hyaluronic acid - chitosan complexes and their physico-chemical properties were investigated. We used a new technique of complexation developed in the laboratory through the desalting of highly salted mixtures, and systematically investigated the impact of pH in the range 2.5 - 6.5, corresponding to the complexation domain of hyaluronic acid and chitosan. This process allowed the progressive elimination of the salts and the slow restoration of the attractive electrostatic interactions resp onsible for the self-assembly of the two polyelectrolytes. Various physical forms were obtained: macroscopic aggregates, soluble complexes, colloidal suspensions or hydrogels. During this work, we observed for the first time the formation of hyaluronic acid-chitosan hydrogels exhibiting a very unusual hyper-stretchability, only at acidic pH. Therefore, an alternate approach consisted in taking advantage of the chitosan ability to gel in alkaline medium. By using a similar process, we were then able to form physically-crosslinked hyaluronic acid-chitosan hydrogels stable at physiological pH and osmolarity and still able to undergo high deformations. Moreover, these systems could be submitted to steam sterilization and could be formulated so as to be injectable. Hence, these hydrogels gathered all the conditions to be good candidates as injectable biomaterials, these hydrogels were then tested in vivo on a rabbit model to evaluate their biocompatibility and suitability for intradermal applications

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