Synthèse de polymères hyper-ramifiés porteurs de multiples groupements terminaux réactifs par RAFT-SCVP

Synthesis of hyperbranched polymers with multiple reactive terminal groups by RAFT-SCVP

• Auteur / Autrice : Typhaine Despres
• Direction : Sagrario Pascual, Morwenna Pearson, Sandie Piogé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des polymères
• Date : Soutenance le 15/11/2024
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Molécules et Matériaux du Mans (Le Mans ; 2012-....) - Institut des Molécules et Matériaux du Mans / IMMM
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bénédicte Lepoittevin, Jean-Luc Six, Philippe Guégan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bénédicte Lepoittevin, Jean-Luc Six

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyaddition

Polycondensation

Synthèse (chimie)

Polymères ramifiés

Mots clés libres

Polymères hyper-ramifiés

Polymérisation par auto-condensation de monomères vinyliques

Polymérisation RAFT

Méthacrylate de 2-N,N-diméthylaminoéthyle

Poly(éthylène glycol)

Azlactone

Hyperbranched polymers

Self-condensing vinyl polymerization

RAFT polymerization

2-N,N-dimethylaminoethyl methacrylate

Poly(ethylene glycol)

Azlactone

Résumé

Ce projet vise à élaborer des polymères hyper-ramifiés (HBP) cationiques porteurs de multiples groupements terminaux fonctionnels afin de développer le multi-ciblage cellulaire de nouveaux vecteurs de gènes thérapeutiques. Ces HBP sont prometteurs pour traiter les troubles vasculaires et prévenir les maladies cardio-vasculaires associées à un dysfonctionnement endothélial chez les patients diabétiques. Les HBP, présentant de grands volumes intérieurs et un nombre élevé de groupes terminaux en périphérie, sont le plus souvent limités à un seul type de groupement terminal. La stratégie choisie pour lever ce verrou scientifique repose sur la combinaison de la polymérisation par auto-condensation de monomères vinyliques (SCVP) et de la polymérisation par transfert de chaîne par addition-fragmentation réversible (RAFT) suivie de la chimie de l’azlactone pour ancrer une grande variété de fonctions réactives chimiosélectives à la périphérie des HBP. Cette stratégie a été appliquée à la synthèse d’HBP neutres cationisables et porteurs du groupement thiocarbonylthio par RAFT-SCVP du méthacrylate de 2-N,N-diméthylaminoéthyle (DMAEMA) et du 2-(méthacryloyloxy)éthyl 4-cyano-4-(((propylthio)carbonothioyl)thio) pentanoate (R-transmer). Plusieurs HBP ont été synthétisés en faisant varier le rapport molaire DMAEMA/R-transmer, produisant ainsi une gamme d’HBP possédant des masses molaires moyennes en nombre allant de 8 300 à 45 800 g.mol-1, des dispersités supérieures à 1,59 et des degrés de branchement variés compris entre 0,05 et 0,.30. Ces HBP ont ensuite été modifiés chimiquement par cationisation des unités DMAEMA afin de proposer des entités capables de complexer l’ARN interférent anti-PTP1B, protéine d’intérêt dans le traitement du dysfonctionnement endothélial. Les HBP neutres ont également été fonctionnalisés par un dérivé de poly(éthylène glycol) et la modification des motifs terminaux thiocarbonylthio a permis d’ancrer successivement différents groupements réactifs via une séquence d’aminolyse, de thiol-ène et de réaction d’aminolyse azlactone-amine de type click, pour obtenir en périphérie des fonctions amines réactives pour la conjugaison avec des peptides de ciblage. Ainsi, des HBP originaux, neutres, PEGylés ou non, fonctionnalisés par des amines ont été obtenus. Ces composés finaux, ainsi que certains intermédiaires de synthèse, seront soumis à des tests biologiques réalisés en collaboration avec le laboratoire MINT à Angers afin d’évaluer leur cytotoxicité, leur capacité à complexer l’ARN et leur efficacité de transfection, in vitro et in vivo.

This project aims at the synthesis of cationic hyperbranched polymers (HBP) with multiple functional end-groups to enable multi-targeting of cells with novel therapeutic gene vectors. These HBP hold potential for treating diabetes-associated vascular disorders and preventing cardiovascular diseases associated with endothelium dysfunction. HBP, characterized by their large interior volumes and a high number of terminal end-groups in periphery, are limited to a single type of terminal group. To overcome this limitation, the proposed strategy is based on the combination of self-condensing vinyl polymerization (SCVP) and reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, followed by the azlactone chemistry to anchor a high diversity of chemoselective reactive functions on the HBP periphery. This approach was applied to the synthesis of neutral, cationizable HBP with thiocarbonylthio groups using RAFT-SCVP of 2-N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and 2-(methacryloyloxy)ethyl 4-cyano-4-(((propylthio)carbonothioyl)thio)pentanoate (R-transmer). By varying the DMAEMA/R-transmer molar ratio, a range of HBP with number-average molecular weight from 8 300 to 45 800 g.mol-1, dispersity above 1.59, and degree of branching between 0.05 and 0.30 has been synthesized. These HBP were further modified by cationization of the DMAEMA units to provide moieties able of electrostatic complexation with siRNA anti-PTP1B, a protein implicated in the endothelial dysfunction. The neutral HBP were also functionalized with a derivative of poly(ethylene glycol) and the thiocarbonylthio terminal groups were modified to anchor various reactive groups through a sequence of aminolysis, thiol-ene and azlactone-amine click reaction, in order to target reactive amines functions at the periphery able to conjugate with targeting peptides. Thus, new neutral, PEGylated and non-PEGylated, HBP displaying reactive amines functions were prepared. These final compounds, as well as some synthesis intermediates, will be submit to in vitro and in vivo biological tests in collaboration with the MINT laboratory in Angers, in order to evaluate their cytotoxicity, siRNA complexation and transfection efficiencies.