Hydrogels macro et supramoléculaires photo-stimulables dans le visible

Macro and supramolecular hydrogels photoswitchable in the visible range

• Auteur / Autrice : Camille Courtine
• Direction : Anne Françoise Mingotaud, Nancy Lauth de Viguerie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Macromoléculaire et Supramoléculaire
• Date : Soutenance le 10/02/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie des colloïdes, polymères & assemblages complexes (Toulouse ; 2023-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Morgan Delarue, Jean-Serge Remy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvette Tran, Catherine Amiel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Azobenzène

Photopolymères

Hydrocolloïdes

Mots clés libres

Hydrogel

Photo-stimulable

Azobenzène

SS-cyclodextrine

Complexe hôte/invité

Contrainte mécanique

Hydrogel

Photoresponsive

Azobenzene

SS-cyclodextrin

Host/guest complex

Mechanical stress

Résumé

Les cellules dans l'organisme subissent des forces mécaniques, exercées par leur environnement, qui sont à l'origine de certains processus cellulaires. Ainsi, l'étude des relations étroites qui lient comportements cellulaires et contraintes mécaniques est aujourd'hui au cœur de la compréhension de nombreux phénomènes biologiques. Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la conception et l'étude d'hydrogels photo-stimulables pouvant appliquer des contraintes sur des échantillons de tissus biologiques. Ces gels sont formés à partir de trois briques de construction, un polymère porteur d'un azobenzène tétrafluoré sensible à la lumière visible, un dérivé de ß-cyclodextrine et un polymère portant plusieurs fonctions mercapto. Ces briques sont liées par deux types de réseaux, un chimique et un physique. Le réseau chimique est formé par addition de Michael entre les thiols et les maléimides, portés par le polymère et le dérivé de cyclodextrine. Il permet au gel de posséder des propriétés mécaniques similaires à celles de l'environnement des cellules. Le réseau physique a pour rôle d'assurer le caractère photo-stimulable du matériau final par l'intermédiaire d'un complexe photo-sensible engageant l'azobenzène tétrafluoré et la ß-cyclodextrine. Le travail s'articule en trois parties. La première concerne le choix de l'azobenzène stimulable dans le visible et la caractérisation de ses propriétés et de sa complexation avec la ß-cyclodextrine, en fonction de son état d'isomérisation. La deuxième partie expose la synthèse des gels à partir des briques de construction et son optimisation, en faisant appel aux plans d'expériences. Les propriétés mécaniques de ces hydrogels et leur réponse à la lumière sont mesurées par microscopie à force atomique et par des essais de compression. La troisième partie décrit l'utilisation de ces gels en présence d'échantillons biologiques, mettant ainsi en lumière ses applications possibles en tant que support de culture cellulaire ou tissulaire. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet Gellight financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR).

In biological environment, cells are interacting with their surroundings, the properties of which strongly influence cells behaviour. Nowadays, studying the relationship between mechanical stress and cell fate is the key to understand many biological phenomena. The objective of the presented work is the design of a photosensitive hydrogel which could be used as a display to study biological samples upon mechanical constraints. The hydrogels are made of three building blocks, a tetrafluoro-azobenzene-bearing polymer, sensitive to visible light, a ß-cyclodextrin derivative and a thiol-bearing polymer. They are composed of one chemical network and one physical network. The chemical network is yielded by thiol-maleimide Michael addition using maleimide groups grafted on the polymer and on the ß-cyclodextrin derivative. It gives the gel mechanical properties closed to the ones of cell environment. The physical network gives photo-responsive properties to the hydrogel, using the photoswitchable tetrafluoro-azobenzene/ ß-cyclodextrin complex. This work is structured in three main parts. First part focuses on the characterization of two visible-responsive azobenzenes and their inclusion complexes with ß-cyclodextrin. The second part deals with the synthesis of the hydrogels from building blocks and the optimization of the formulation using design of experiment. Mechanical and photochemical properties of the hydrogels are assessed by atomic force microscopy and compression testing. The last part describes the use of the hydrogels with biological samples, shading light on their applications as supports for cellular or tissular culture. This work has been executed in the framework of the Gellight project financed by the national Agency of Research (ANR).