Modification d'acides biliaires à l'aide de polymères pour en moduler les propriétés d'agrégation

Les polymères amphiphiles sont largement utilisés pour les applications biomédicales et pharmaceutiques. Afin d’améliorer les chances de biocompatibilité des nouveaux polymères que nous voulons développer, nous avons utilisé des composés naturels, les acides biliaires, comme produits de départ dans la synthèse de ces polymères. De nouveaux polymères anioniques amphiphiles dérivés de l’acide cholique ont été préparés par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes. Par un contrôle rigoureux des conditions de polymérisation, des bras de poly(acide acrylique) de différentes longueurs ont été greffés sur le squelette de l’acide cholique. L’architecture moléculaire des polymères a été étudiée par spectroscopie 1H RMN et par spectrométrie de masse. Ces polymères en étoile formés par l’acide biliaire modifié sont capables de s’agréger dans l’eau même si les groupements hydroxyles ont été remplacés par des segments plus volumineux. Il a été observé que les liaisons ester entre le polymère et le cœur d’acide cholique sont sensibles à l’hydrolyse en solution aqueuse. Pour remédier au problème de stabilité en solution aqueuse et pour avoir, en même temps, des bras hydrophiles non ioniques et biocompatibles, de l’oxyde d’éthylène a été polymérisé sur l’acide cholique par polymérisation anionique. Les liaisons éther formées entre le polymère et les groupements hydroxyles de l’acide biliaire sont plus stables que les liaisons ester sur le polymère de poly(acide acrylique). Les conditions de réaction de la polymérisation anionique ont été optimisées et ont donné des polymères aux architectures et aux masses molaires contrôlées. Les nouveaux polymères forment des agrégats sphériques tel qu’observé par microscopie électronique à transmission avec des échantillons préparés par la méthode de fracture à froid. Leur morphologie est différente de celle des agrégats cylindriques formés par les acides biliaires. Avec la méthode optimisée pour la polymérisation anionique, l’éther d’allyle et glycidyle a été polymérisé sur un dérivé d’acide cholique, suivi par une thiolation des liaisons doubles pour introduire l’amine ou l’acide sur la chaîne polymère. Cette addition radicalaire est efficace à plus de 90%. Les polymères qui en résultent sont solubles dans l’eau et s’agrègent à une certaine concentration critique. Il est particulièrement intéressant d’observer la thermosensibilité des polymères ayant des groupements amine, laquelle peut être modulée en acétylant partiellement les amines, donnant des points nuages entre 15 et 48°C.

Développement de tensioactifs à base d’acides biliaires pegylés pour des applications pharmaceutiques

Les acides biliaires sont reconnus comme des tensioactifs d’origine biologique potentiellement applicables dans le domaine pharmaceutique. Leurs structures en font une plateforme idéale pour l’obtention de nouvelles architectures polymères. Des composés synthétisés par polymérisation anionique de dérivés d’oxirane comme l’oxyde d’éthylène, offre des dérivés amphiphiles pegylés démontrant des propriétés d’agrégation intéressantes en vue d’une amélioration de la biocompatibilité et de la capacité d’encapsulation médicamenteuse. Une large gamme d’acides biliaires pegylés (BA(EGn)x) a été préparée avec comme objectif premier leurs applications dans la formulation de principes actifs problématiques. Pour cela, une caractérisation rigoureuse du comportement de ces dérivés (modulation de la longueur (2 < n < 19) et du nombre de bras (2 < x < 4) de PEG) en solution a été réalisée. Dans le but d’améliorer la biodisponibilité de principes actifs lipophiles (cas de l’itraconazole), des nanoémulsions spontanées, composées de BA(EGn)x et d’acide oléique, ont été développées. L’évaluation in vitro, de la toxicité (cellulaire), et de la capacité de solubilisation des systèmes BA(EGn)x, ainsi que les paramètres pharmacocinétiques in vivo (chez le rat), suggèrent une livraison contrôlée par nos systèmes auto-assemblés lors de l’administration orale et intraveineuse. Aussi, la synthèse de copolymères en blocs en étoile à base d’acide cholique pegylés a été effectuée par polymérisation anionique par addition d’un second bloc au caractère hydrophobe de poly(éther d’allyle et de glycidyle) (CA(EGn-b-AGEm)4). Selon le ratio de blocs hydrophiles-hydrophobes CA(EGn-b-AGEm)4, des réponses thermiques en solution (LCST) ont été observées par un point de trouble (Cp) entre 8 oC et 37 oC. Un mécanisme de formation d’agrégats en plusieurs étapes est suggéré. La thiolation des allyles des PAGE permet une fonctionnalisation terminale à haute densité, comparable aux dendrimères. Les caractérisations physico-chimiques des CA(EGn-b-AGEm-NH2)4 et CA(EGn-b-AGEm-COOH)4 indiquent la formation de structures auto-assemblées en solution, sensibles à la température ou au pH. Cette fonctionnalisation élargie le domaine d’application des dérivés d’acides biliaires pegylés en étoile vers la transfection d’ADN, la livraison de siRNA thérapeutiques ou encore à une sélectivité de livraison médicamenteux (ex. sensibilité au pH, greffage ligands).

Étude de l’orientation par déformation de mélanges de polymères à base de polystyrène

La spectroscopie infrarouge à matrice à plan focal (PAIRS) est utilisée pour étudier la déformation et la relaxation des polymères à très haute vitesse, soit de 46 cm/s, grâce à sa résolution temporelle de quelques millisecondes. Des mesures complémentaires de spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) ont été réalisées pour suivre des déformations plus lentes de 0,16 à 1,6 cm/s avec une résolution temporelle de quelques centaines de millisecondes. Notre étude a permis d’observer, à haute vitesse de déformation, un nouveau temps de relaxation (τ0) de l’ordre d’une dizaine de millisecondes qui n’est pas prédit dans la littérature. Le but de cette étude est de quantifier ce nouveau temps de relaxation ainsi que de déterminer les effets de la température, de la masse molaire et de la composition du mélange sur ce dernier. Des mesures effectuées sur du polystyrène (PS) de deux masses molaires différentes, soit 210 et 900 kg/mol, à diverses températures ont révélé que ce temps est indépendant de la masse molaire mais qu’il varie avec la température. Des mesures effectuées sur des films composés de PS900 et de PS deutéré de 21 kg/mol, ont révélé que ce temps ne dépend pas de la composition du mélange et que la longueur des chaînes de PS n’a aucun impact sur celui-ci. D’autres mesures effectuées sur des films de PS900 mélangé avec le poly(vinyl méthyl éther) (PVME) ont révélé que ce temps est identique pour le PS900 pur et le PS900 dans le mélange, mais qu’il est plus court pour le PVME, de l’ordre de quelques millisecondes.

Progrès vers la synthèse totale de l'hodgsonox

Ce mémoire présente une poursuite de l’étude vers la synthèse de l’hodgsonox, un sesquiterpénoïde naturel possédant des propriétés insecticides contre la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. L’hodgsonox comporte six centres stéréogènes et trois cycles : un époxyde fusionné à un cycle à cinq chaînons et une fonction éther cyclique à six chaînons doublement allylique. La stratégie de synthèse de l’hodgsonox proposée comporte dix-neuf étapes linéaires. Elle s’appuie sur les travaux préliminaires de Lise Bréthous, étudiante au doctorat, de Nicolas Lévaray, étudiant à la maîtrise, ainsi que du Dr. Ying Dong Lu et de la Dr. Sonia Diab, qui ont tous travaillé précédemment dans le groupe de la Pr. Lebel. La première étape de cette synthèse consiste en une hydrogénation cinétique dynamique de Noyori permettant d’obtenir un seul diastéréoisomère à partir de l’α-acétylbutyrolactone. Une séquence de six étapes linéaires supplémentaires, comprenant l’ouverture de la lactone ainsi qu’une métathèse d’oléfine, permet d’obtenir le cycle à cinq chaînons avec un rendement global de 37%. L’unité isopropyle est par la suite installée par une addition conjuguée pour former un éther d’énol silylé, qui est directement oxydé en la cétone correspondante avec l’acétate de palladium(II). Une réaction d’hydrosilylation subséquente permet d’obtenir la stéréochimie syn attendue de l’unité isopropyle. Par la suite, la carbonylation d’un intermédiaire triflate permet d’obtenir le squelette de base pour la formation de l’éther cyclique. Enfin, le cycle à six chaînons est formé par insertion O−H intramoléculaire d’un diazo avec un rendement global de 2% sur 17 étapes. Les travaux spécifiques de l’auteure comprennent l’évaluation de conditions catalytiques pour l’oxydation de Saegusa de l’éther d’énol silylé. Les trois dernières étapes ont également été explorées par l’auteure. Il s’agit de l’époxydation de la double liaison endocyclique, de l’insertion dans un lien O−H catalysée par un dimère de rhodium, et de la méthylénation. Enfin, l’exploration d’une voie alternative a été entamée. Cette nouvelle voie consiste à former l’éther cyclique par une substitution nucléophile sur un époxyde. La double liaison exo-cyclique serait installée par une simple réaction de déshydratation.

Nanostructure des particules polymériques : aspects physiques, chimiques et biologiques

Les nanotechnologies appliquées aux sciences pharmaceutiques ont pour but d’améliorer l’administration de molécules actives par l’intermédiaire de transporteurs nanométriques. Parmi les différents types de véhicules proposés pour atteindre ce but, on retrouve les nanoparticules polymériques (NP) constituées de copolymères “en bloc”. Ces copolymères permettent à la fois l’encapsulation de molécules actives et confèrent à la particule certaines propriétés de surface (dont l’hydrophilicité) nécessaires à ses interactions avec les milieux biologiques. L’architecture retenue pour ces copolymères est une structure constituée le plus fréquemment de blocs hydrophiles de poly(éthylène glycol) (PEG) associés de façon linéaire à des blocs hydrophobes de type polyesters. Le PEG est le polymère de choix pour conférer une couronne hydrophile aux NPs et son l’efficacité est directement liée à son organisation et sa densité de surface. Néanmoins, malgré les succès limités en clinique de ces copolymères linéaires, peu de travaux se sont attardés à explorer les effets sur la structure des NPs d’architectures alternatives, tels que les copolymères en peigne ou en brosse. Durant ce travail, plusieurs stratégies ont été mises au point pour la synthèse de copolymères en peigne, possédant un squelette polymérique polyesters-co-éther et des chaines de PEG liées sur les groupes pendants disponibles (groupement hydroxyle ou alcyne). Dans la première partie de ce travail, des réactions d’estérification par acylation et de couplage sur des groupes pendants alcool ont permis le greffage de chaîne de PEG. Cette méthode génère des copolymères en peigne (PEG-g-PLA) possédant de 5 à 50% en poids de PEG, en faisant varier le nombre de chaînes branchées sur un squelette de poly(lactique) (PLA). Les propriétés structurales des NPs produites ont été étudiées par DLS, mesure de charge et MET. Une transition critique se situant autour de 15% de PEG (poids/poids) est observée avec un changement de morphologie, d’une particule solide à une particule molle (“nanoagrégat polymére”). La méthode de greffage ainsi que l’addition probable de chaine de PEG en bout de chaîne principale semblent également avoir un rôle dans les changements observés. L’organisation des chaînes de PEG-g-PLA à la surface a été étudiée par RMN et XPS, méthodes permettant de quantifier la densité de surface en chaînes de PEG. Ainsi deux propriétés clés que sont la résistance à l’agrégation en conditions saline ainsi que la résistance à la liaison aux protéines (étudiée par isothermes d’adsorption et microcalorimétrie) ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l’architecture des polymères. Dans une seconde partie de ce travail, le greffage des chaînes de PEG a été réalisé de façon directe par cyclo-adition catalysée par le cuivre de mPEG-N3 sur les groupes pendants alcyne. Cette nouvelle stratégie a été pensée dans le but de comprendre la contribution possible des chaines de PEG greffées à l’extrémité de la chaine de PLA. Cette librairie de PEG-g-PLA, en plus d’être composée de PEG-g-PLA avec différentes densités de greffage, comporte des PEG-g-PLA avec des PEG de différent poids moléculaire (750, 2000 et 5000). Les chaines de PEG sont seulement greffées sur les groupes pendants. Les NPs ont été produites par différentes méthodes de nanoprécipitation, incluant la nanoprécipitation « flash » et une méthode en microfluidique. Plusieurs variables de formulation telles que la concentration du polymère et la vitesse de mélange ont été étudiées afin d’observer leur effet sur les caractéristiques structurales et de surface des NPs. Les tailles et les potentiels de charges sont peu affectés par le contenu en PEG (% poids/poids) et la longueur des chaînes de PEG. Les images de MET montrent des objets sphériques solides et l'on n’observe pas d’objets de type agrégat polymériques, malgré des contenus en PEG comparable à la première bibliothèque de polymère. Une explication possible est l’absence sur ces copolymères en peigne de chaine de PEG greffée en bout de la chaîne principale. Comme attendu, les tailles diminuent avec la concentration du polymère dans la phase organique et avec la diminution du temps de mélange des deux phases, pour les différentes méthodes de préparation. Finalement, la densité de surface des chaînes de PEG a été quantifiée par RMN du proton et XPS et ne dépendent pas de la méthode de préparation. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié le rôle de l’architecture du polymère sur les propriétés d’encapsulation et de libération de la curcumine. La curcumine a été choisie comme modèle dans le but de développer une plateforme de livraison de molécules actives pour traiter les maladies du système nerveux central impliquant le stress oxydatif. Les NPs chargées en curcumine, montrent la même transition de taille et de morphologie lorsque le contenu en PEG dépasse 15% (poids/poids). Le taux de chargement en molécule active, l’efficacité de changement et les cinétiques de libérations ainsi que les coefficients de diffusion de la curcumine montrent une dépendance à l’architecture des polymères. Les NPs ne présentent pas de toxicité et n’induisent pas de stress oxydatif lorsque testés in vitro sur une lignée cellulaire neuronale. En revanche, les NPs chargées en curcumine préviennent le stress oxydatif induit dans ces cellules neuronales. La magnitude de cet effet est reliée à l’architecture du polymère et à l’organisation de la NP. En résumé, ce travail a permis de mettre en évidence quelques propriétés intéressantes des copolymères en peigne et la relation intime entre l’architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs. De plus les résultats obtenus permettent de proposer de nouvelles approches pour le design des nanotransporteurs polymériques de molécules actives.

Polymer-supported nitroxyl catalysts for selective oxidation of alcohols

Novel non-toxic poly(ethylene glycol)-supported 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) moieties are demonstrated to give an excellent interfacial catalysis for the selective oxidation of alcohols to the corresponding carbonyl species in biphasic media and investigation for the recovery of these new macromolecular catalysts via precipitation with diethyl ether after catalysis has also been briefly studied.

Water-soluble, unimolecular containers based on amphiphilic multiarm star block copolymers

A new class of water-soluble, amphiphilic star block copolymers with a large number of arms was prepared by sequential atom transfer radical polymerization (ATRP) of n-butyl methacrylate (BMA) and poly( ethylene glycol) methyl ether methacrylate (PEGMA). As the macroinitiator for the ATRP, a 2-bromoisobutyric acid functionalized fourth-generation hyperbranched polyester (Boltorn H40) was used, which allowed the preparation of star polymers that contained on average 20 diblock copolymer arms. The synthetic concept was validated by AFM experiments, which allowed direct visualization of single molecules of the multiarm star block copolymers. DSC and SAXS experiments on bulk samples suggested a microphase-separated structure, in agreement with the core-shell architecture of the polymers. SAXS experiments on aqueous solutions indicated that the star block copolymers can be regarded as unimolecular micelles composed of a PBMA core and a diffuse PPEGMA corona. The ability of the polymers to encapsulate and release hydrophobic guests was evaluated using H-1 NMR spectroscopy. In dilute aqueous solution, these polymers act as unimolecular containers that can be loaded with up to 27 wt % hydrophobic guest molecules.

Synthesis of well-dispersed nanoparticles within porous solid structures using surface-tethered surfactants in supercritical CO2

We have developed a new method for the synthesis of Pd nanoparticles with controllable sizes within a silica matrix using solid-supported surfactants in supercritical CO2. XRD, HRTEM and CO chemisorption data show that unformly sized Pd nanoparticles are evenly distributed within the porous silica and are chemically tethered by surfactant molecules [poly(oxyethylene stearyl ether) and fluorinated poly(oxyethylene)]. It is postulated that tiny solid-supported surfactant assemblies act as nano-reactors for the template synthesis of nanoparticles or clusters from the soluble precursors therein.

Polyurethane coating with thin polymer films produced by plasma polymerization of diglyme

Aqueous-based polyurethane dispersions have been widely utilized as lubricants in textile, shoes, automotive, biomaterial and many other industries because they are less aggressive to surrounding environment. In this work thin films with different thickness were deposited on biocompatible polyurethane by plasma polymerization process using diethylene glycol dimethyl ether (Diglyme) as monomer. Molecular structure of the films was analyzed by Fourier Transform Infrared spectroscopy. The spectra exhibited absorption bands of O-H (3500-3200cm(-1)), C-H (3000-2900cm(-1)), C=O (1730-1650cm(-1)), C-O and C-O-C bonds at 1200-1600cm(-1). The samples wettability was evaluated by measurements of contact angle using different liquids such as water, glycerol, poly-ethane and CMC. The polyurethane surface showed hydrophilic behavior after diglyme plasma-deposition with contact angle dropping from 85(0) to 22(0). Scanning Electron Microscopy revealed that diglyme films covered uniformly the polyurethane surfaces ensuring to it a biocompatible characteristic.

Small-angle X-ray scattering study of sol-gel-derived siloxane-PEG and siloxane-PPG hybrid materials

Hybrid organic-inorganic two-phase nanocomposites of siloxane-poly(ethylene glycol) (SiO3/2-PEG) and siloxane-poly(propylene glycol) (SiO3/2-PPG) have been obtained by the sol-gel process. In these composites, nanometric siloxane heterogeneities are embedded in a polymeric matrix with covalent bonds in the interfaces. The structure of these materials was investigated in samples with different molecular weights of the polymer using the smalt-angle X-ray scattering (SAXS) technique. The SAXS spectra exhibit a well-defined peak that was attributed to the existence of a strong spatial correlation of siloxane clusters. LiClO4-doped siloxane-PEG and siloxane-PPG hybrids, which exhibit good ionic conduction properties, have also been studied as a function of the lithium concentration [O]/[Li], O being the oxygens of ether type. SAXS results allowed us to establish a structural model for these materials for different basic compositions and a varying [Li] content. The conclusion is consistent with that deduced from ionic conductivity measurements that exhibit a maximum for [O]/[Li] =15.

Local structure and near-infrared emission features of neodymium-based amine functionalized organic/inorganic hybrids

Nd3+-based organic/inorganic hybrids have potential application in the field of integrated optics. Attractive sol-gel derived di-urea and di-urethane cross-linked poly (oxyethylene) (POE)/siloxane hybrids (di-ureasils and di-urethanesils, respectively) doped with neodymium triflate (Nd(CF3SO3)(3)) were examined by Fourier transform mid-infrared (FT-IR), Raman (FT-Raman), Si-29 magic-angle spinning (MAS) nuclear magnetic resonance (NMR) and photoluminescence spectroscopies, and small-angle X-ray scattering (SAXS). The goals of this work were to determine which cation coordinating site of the host matrix (ether oxygen atoms or carbonyl oxygen atoms) is active in each of the materials analyzed, its influence on the nanostructure of the samples and its relation with the photoluminescence properties. The main conclusion derived from this study is that the hydrogen-bonded associations formed throughout the materials play a major role in the hybrids nanostructure and photoluminescence properties.

Local and nanoscopic structure of potassium triflate-doped siloxane-polyoxyethylene ormolytes

Siloxane-poly(oxyethylene) hybrids obtained by the sol-gel process and containing short polymer chain have been doped with potassium triflate (KCF3SO3). The local structure of these hybrids was investigated by X-ray absorption spectroscopy near the potassium K-edge. Small angle X-ray scattering was used to determine the structure at the nanometer scale. Results revealed that at low and medium potassium concentration (n = [O][K] >= 8, where n represents the molar ratio of ether-type oxygen atoms per alkaline cation) the cations interact mainly with the polymer chains, while at larger doping level (n < 8) the formation of a polyehter:KCF3SO3 Complex is observed. The nanoscopic structure of the hybrids is also affected by doping. By increasing the doping level, decreasing trends in the electronic density contrast between siloxane nanoparticles and polyether matrix and in the siloxane interparticle distance are observed. At high doping level the small angle X-ray scattering patterns are strongly modified, showing the disappearance of the correlation peak and the formation of a potassium-containing nanophase. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Multi-scale structural description of siloxane-PPO hybrid ionic conductors doped by sodium salts

Alkaline metal doped organic - inorganic hybrids have potential applications in the field of portable energy sources. Attractive sol - gel derived urea cross-linked polyether, siloxane - PPO ( poly( propylene oxide)) hybrids doped with sodium salts ( NaClO4 and NaBF4) were examined by multi-spectroscopic approach that includes complex impedance, X-ray powder diffraction (XRPD), small angle X-ray scattering (SAXS), Si-29 and Na-23 magic-angle spinning nuclear magnetic resonance (NMR/MAS), Na K-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) and Raman spectroscopies. The goals of this work were to determine which cation coordinating site of the host matrix ( ether oxygen atoms or carbonyl oxygen atoms) is active in each of the materials analyzed, its influence on the nanostructure of the samples and its relation with the thermal and electrical properties. The main conclusion derived from this study is that the NaBF4 salt has a much lower solubility in the hybrid matrix than the NaClO4 salt. Furthermore, the addition of a large amount of salt plays a major role in the hybrid nanostructure and electrical properties, modifying the PPO chain conformation, weakening or breaking the hydrogen bond of the polyether - urea associations and changing the polycondensation and aggregation processes involving the siloxane species.

Ligand Exchange Inducing Efficient Incorporation of CisPt Derivatives into Ureasil-PPO Hybrid and Their Interactions with the Multifunctional Hybrid Network

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

γ-Radiation induces apoptosis via sarcoplasmatic reticulum in guinea pig ileum smooth muscle cells

We investigated the effects of γ-radiation on cells isolated from the longitudinal smooth muscle layer of the guinea pig ileum, a relatively radioresistant tissue. Single doses (up to 50 Gy) reduced the amount of sarcoplasmatic reticulum and condensed the myofibrils, as shown by electron microscopy 3 days post-irradiation. After that, contractility of smooth muscle strips was reduced. Ca2+ handling was altered after irradiation, as shown in fura-2 loaded cells, with elevated basal intracellular Ca2+, reduced amount of intrareticular Ca2+, and reduced capacitive Ca2+ entry. Radiation also induced apoptosis, judged from flow cytometry of cells loaded with proprium iodide. Electron microscopy showed that radiation caused condensation of chromatin in dense masses around the nuclear envelope, the presence of apoptotic bodies, fragmentation of the nucleus, detachment of cells from their neighbors, and reductions in cell volume. Radiation also caused activation of caspase 12. Apoptosis was reduced by the administration of the caspase inhibitor Z-Val-Ala-Asp-fluoromethyl-ketone methyl ester (Z-VAD-FMK) during the 3 day period after irradiation, and by the chelator of intracellular Ca2+, 1,2-bis(o-aminophenoxy)-ethane-N,N,N′,N′-tetraacetic acid (BAPTA), from 1 h before until 2 h after irradiation. BAPTA also reduced the effects of radiation on contractility, basal intracellular Ca2+, amount of intrareticular Ca2+, capacitative Ca2+ entry, and apoptosis. In conclusion, the effects of gamma radiation on contractility, Ca2+ handling, and apoptosis appear due to a toxic action of intracellular Ca2+. Ca2+-induced damage to the sarcoplasmatic reticulum seems a key event in impaired Ca2+ handling and apoptosis induced by γ-radiation. © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.