Silanisation de polysaccharides en milieu liquide ionique et réactivité d’un organoalkoxysilane vis-à-vis de nucléophiles simples : vers des hydrogels injectables pour l’ingénierie tissulaire du cartilage

Tissue engineering is a real challenge for the treatment of cartilage pathologies. In this field, biomimetic hydrogels based on natural polymers are among the most commonly used matrices. A hydrogel made of silanized hydroxypropylmethylcellulose (HPMC-Si) is especially promising because it can be injected in cartilaginous lesions by minimally invasive surgery. However, the current synthesis of HPMC-Si is limited by the insolubility of hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). This thesis work was focused on finding new synthesis conditions for the design of HPMC-Si hydrogel. In order to obtain a complete solubilization of HPMC and to improve its functionalization by the (3-glycidyloxypropyl) trimethoxysilane (GPTMS), the use of ionic liquids (IL), which are excellent solvents for polysaccharides, was undertaken. The beginning of this study was first devoted to the selection of an IL and then to the development of new reaction conditions. With these new conditions, higher silicon rates were obtained for HPMC modified in ionic liquid medium, however no hydrogel could be formed. The second part was therefore devoted to the synthesis of GPTMS 13C. Indeed, thanks to this radiolabeling, a structural characterization by 13C NMR of the HPMC-Si could be achieved. Finally, the reactivity in organic solvents of three organosilanes, including the GPTMS, was investigated toward nucleophiles representing the common functions found in natural polymers (e.g. -NH2, -OH, -SH). The results of this thesis have provided insights into the GPTMS reactivity in organic medium and thus paves the way to new conditions for the silanization of polysaccharides.

L’ingénierie tissulaire représente un véritable enjeu pour le traitement des pathologies du cartilage. Dans ce domaine, les hydrogels biomimétiques à base de biopolymères figurent parmi les matrices les plus utilisées. L’hydrogel à base d’hydroxypropylméthylcellulose silanisée (HPMC Si) est particulièrement prometteur car il peut être injecté, par chirurgie mini-invasive, dans les lésions cartilagineuses. Néanmoins, la synthèse actuelle de l’HPMC Si est limitée par l’insolubilité de l’HPMC. Ce travail porte sur la recherche de conditions de synthèse de l’HPMC-Si plus homogène. Afin d’obtenir une solubilisation totale de l’HPMC et améliorer sa fonctionnalisation par le (3-glycidyloxypropyl) triméthoxysilane (GPTMS), il a été envisagé de recourir aux liquides ioniques (LI), d’excellents solvants des polysaccharides. La première partie de cette étude a consisté à sélectionner un LI et mettre au point des conditions réactionnelles optimales. Des taux de silicium supérieurs à la synthèse hétérogène ont alors été obtenus. Néanmoins, aucun hydrogel n’a pu être formé. La deuxième partie a été consacrée à la synthèse de GPTMS marqué au 13C. En effet, grâce à ce marquage, une caractérisation structurale par RMN 13C des HPMC-Si pourrait être réalisée. La dernière partie de ce travail a porté sur la réactivité en milieu organique de trois organosilanes, dont le GPTMS, vis-à-vis de nucléophiles représentatifs des fonctions généralement portées par les polymères naturels (e.g. -NH2, -OH, -SH). Les résultats de ce travail de thèse ont permis de mieux comprendre la réactivité du GPTMS en milieu organique et leur analyse permet d'ouvrir la voie à de nouvelles conditions de silanisation.