Elaboration de nanopores biomimétiques à base de cyclodextrine : architectures contrôlées par la synthèse des polyrotaxanes

Development of biomimetic cyclodextrin nanopores : controlled architecture by polyrotaxane syntheses

• Auteur / Autrice : Hajar Mamad
• Direction : Nathalie Jarroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 19/07/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire analyse et modélisation pour la biologie et l'environnement (Evry, Essonne ; 1998-)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Juan Xie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Jarroux, Juan Xie, Catherine Amiel, Nicolas Blanchemain, Abdelghani Oukhaled
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Amiel, Nicolas Blanchemain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie organique

Cyclodextrines

Polymères

Chimie supramoléculaire

Mots clés libres

Polyrotaxane

Résumé

L'objectif de cette thèse a été d'utiliser la chimie supramoléculaire pour obtenir des nanopores synthétiques, d'architecture contrôlée, à partir de cyclodextrines, un oligosaccharide biosourcé et biocompatible. L'organisation linéaire des cyclodextrines en utilisant une structure supramoléculaire de type polyrotaxane a rendu possible la synthèse de nanotubes covalents, en contrôlant leurs paramètres structuraux. Une preuve de concept a été réalisée en synthétisant des nanotubes d'α-cyclodextrine à partir de polyrotaxanes obtenus par voie radicalaire. Cette voie réactionnelle permet de contrôler le nombre de cyclodextrines formant le nanotube. Après avoir vérifié leur aptitude à former des nanopores biocompatibles, le défi de la généralisation de la voie de synthèse à la formation de nanotubes de β- et de γ-cyclodextrines a été relevé, afin d'obtenir des nanotubes présentant des cavités de diamètre variable. Leurs performances en tant que canaux biomimétiques ont ainsi pu être vérifiées. La modification chimique des nanotubes a été effectuée en vue d'apporter des propriétés physico-chimiques permettant d'optimiser leurs propriétés en tant que nanopores. La structure chimique et les dimensions des nanotubes synthétisés ont pu être évaluées grâce à l'analyse croisée de données obtenues par RMN 1H, par microscopie HRTEM, par spectrométrie de masse MALDI-TOF et par chromatographie d'exclusion stérique SEC.

The aim of this thesis consisted in using supramolecular chemistry to obtain synthetic nanopores from a controlled scaffold obtained with cyclodextrins, a bio-based and biocompatible oligosaccharide. Indeed, the linear organization of the cyclodextrins using a type of supramolecular assemblies called polyrotaxane, enabled the synthesis of covalent nanotubes, controlling their structural parameters. A proof of concept was realized by synthesizing α-cyclodextrin nanotubes from polyrotaxanes obtained by a radicalar coupling reaction. This synthetic pathway allows the control of the number of cyclodextrins remaining to form the nanotube. After proving their ability to form biocompatible nanopores, we have taken on the challenge of the generalization of the synthetic pathway to the formation of β- and γ-cyclodextrin nanotubes, to obtain nanotubes of various diameters. Thus, their ability to form transmembrane channels was assessed. Chemical modifications were carried out to enhance their nanopore properties. All the nanotube obtained were finely characterized using a cross analysis between the datas obtained by 1H NMR, HRTEM microscopy, MALDI-TOF mass spectrometry and size exclusion chromatography.