Thermal properties of amphiphilic biodegradable triblock copolymer of l,l-lactide and ethylene glycol

Samples of poly(l,l-lactide)-block-poly(ethylene glycol)-block-poly(l,l-lactide) (PLLA-PEG-PLLA) were synthesized from l,l-lactide polymerization using stannous 2-ethylhexanoate, Sn(Oct)(2) as initiator and di-hydroxy-terminated poly(ethylene glycol) (PEG) (M (n) = 4000 g mol(-1)) as co-initiator. The chemical linkage between the PEG segment and the PLA segments was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Thermogravimetry analysis (TG) revealed the copolymers composition and was capable to show the deleterious effect of an excess of Sn(Oct)(2) in the polymer thermal stability, while Differential Scanning Calorimetry (DSC) allowed the observation of the miscibility between the PLLA and PEG segments in the different copolymers.

Polyethylene/(organo-montmorillonite) composites modified with ethylene/ methacrylic acid copolymer: Morphology and mechanical properties

Several composites based on high-density polyethylene (PE), organically modified montmorillonite (OMMT) and ethylene/methacrylic acid copolymer (EMAA) were prepared by melt compounding. Three Na(+)-montmorillonites (MMT) of different precedence were modified with hexadecyl trimethyl ammonium chloride in order to change their nature from hydrophilic to organophilic. The composites morphology was examined by XRD, SEM and TEM. Mechanical properties were evaluated under static conditions. A slight reinforcement was achieved only when OMMT was added to PE. When EMAA was added to the composites, it negatively interacted with OMMT, diminishing the interlayer distance of OMMT, changing the composite morphology, as if OMMT was not present in composites, and deteriorating their mechanical properties. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

How cracks in SiOx-coated polyester films affect gas permeation

In this paper theoretical models have been established that can account for the gas transmission through nanocomposite laminates, consisting of an oxide layer of finite permeability containing defects, on a polymer sheet of finite thickness. The defect shapes can either be in the form of long cracks or rectangular holes. The models offer a choice of exact numerical calculations or fast and intuitive analytical approximations. The experimental measurements of oxygen permeation through four different SiOx/poly (ethylene terephthalate) samples that were strained to produce distributions or cracks showed good agreement when compared with predicted results from the approximate analytic model. As a consequence of this observation, a key practical conclusion is that, because of the logarithmic dependence of transmission on the width of a crack, for a given strain it is better to have a small number of large cracks rather than a large number of small cracks. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Copolymers obtained by the radiation-induced grafting of styrene onto poly(tetrafluoroethylene-co-perfluoropropylvinyl ether) substrates. 1. Preparation and structural investigation

A study has been made to investigate the radiation grafting of styrene onto poly(tetrafluoroethylene-co-perfluoropropylvinyl ether) (PFA) substrates, using the simultaneous irradiation method. Two PFA polymers of different comonomer perfluoropropyl vinyl ether (PPVE) content and degree of crystallinity were used. Effects of grafting conditions such as monomer concentrations, type of solvent, dose rate, and irradiation dose on the grafting yield were investigated. Of the six different solvents used, the most efficient in terms of increasing grafting yield were dichloromethane, benzene, and methanol. The degree of grafting increased with increasing radiation dose up to 500 kGy, stabilizing above this dose. However, the grafting yield decreased with an increase in the dose rate. The grafting of styrene onto the PFA substrates was confirmed by FTIR-ATR and micro-Raman spectroscopy, The increase in the overall grafting yield was accompanied by a proportional increase in the penetration depth of the grafts into the substrate.

Spectroscopic study of the penetration depth of grafted polystyrene onto poly (tetrafluoroethylene-co-perfluoropropylvinylether) substrates. 1. Effect of grafting conditions

This study concerns the radiation grafting of styrene onto poly(tetrafluoroethylene-co-perfluoropropylvinylether) (PFA) substrates and the penetration depth of the graft. Grafting was obtained by the simultaneous irradiation method, and the spectroscopic analysis was made with the micro-Raman technique. Effects of grafting conditions such as the type of solvent, dose rate, and irradiation dose on the grafting yield were investigated. Of the different solvents used, the most efficient in terms of increasing grafting yield were dichloromethane, benzene, and methanol, respectively. A mixture of methanol and dichloromethane used as a solvent for styrene achieved a higher degree of grafting and concentration of grafted polystyrene onto the surface of PFA substrates than solutions of the monomer in the separate solvents. The degree of grafting increased with increasing radiation dose up to 500 kGy, stabilizing above this dose. However, the grafting yield decreased with an increase in the dose rate. The increase in the overall grafting yield was accompanied by a proportional increase in the penetration depth of the grafts into the substrate. (C) 2002 Wiley Periodicals, Inc.

The in vivo performance of magnetic particle-loaded injectable, in situ gelling, carriers for the delivery of local hyperthermia.

We investigated the use of in situ implant formation that incorporates superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) as a form of minimally invasive treatment of cancer lesions by magnetically induced local hyperthermia. We developed injectable formulations that form gels entrapping magnetic particles into a tumor. We used SPIONs embedded in silica microparticles to favor syringeability and incorporated the highest proportion possible to allow large heating capacities. Hydrogel, single-solvent organogel and cosolvent (low-toxicity hydrophilic solvent) organogel formulations were injected into human cancer tumors xenografted in mice. The thermoreversible hydrogels (poloxamer, chitosan), which accommodated 20% w/v of the magnetic microparticles, proved to be inadequate. Alginate hydrogels, however, incorporated 10% w/v of the magnetic microparticles, and the external gelation led to strong implants localizing to the tumor periphery, whereas internal gelation failed in situ. The organogel formulations, which consisted of precipitating polymers dissolved in single organic solvents, displayed various microstructures. A 8% poly(ethylene-vinyl alcohol) in DMSO containing 40% w/v of magnetic microparticles formed the most suitable implants in terms of tumor casting and heat delivery. Importantly, it is of great clinical interest to develop cosolvent formulations with up to 20% w/v of magnetic microparticles that show reduced toxicity and centered tumor implantation.

Tuning the immune response of dendritic cells to surface-assembled poly(I:C) on microspheres through synergistic interactions between phagocytic and TLR3 signaling.

The artificial dsRNA polyriboinosinic acid-polyribocytidylic acid, poly(I:C), is a potent adjuvant candidate for vaccination, as it strongly drives cell-mediated immunity. However, because of its effects on non-immune bystander cells, poly(I:C) administration may bear danger for the development of autoimmune diseases. Thus poly(I:C) should be applied in the lowest dose possible. We investigated microspheres carrying surface-assembled poly(I:C) as a two-in-one adjuvant formulation to stimulate maturation of monocyte-derived dendritic cells (MoDCs). Negatively charged polystyrene microspheres were equipped with a poly(ethylene glycol) corona through electrostatically driven surface assembly of a library of polycationic poly(l-lysine)-graft-poly(ethylene glycol) copolymers, PLL-g-PEG. Stable surface assembly of poly(I:C) was achieved by incubation of polymer-coated microspheres in an aqueous poly(I:C) solution. Surface-assembled poly(I:C) exhibited a strongly enhanced efficacy to stimulate maturation of MoDCs by up to two orders of magnitude, as compared to free poly(I:C). Multiple phagocytosis events were the key factor to enhance the efficacy. The cytokine secretion pattern of MoDCs after exposure to surface-assembled poly(I:C) differed from that of free poly(I:C), while their ability to stimulate T cell proliferation was similar. Overall, phagocytic signaling plays an important role in defining the resulting immune response to such two-in-one adjuvant formulations.

Surface assembly of poly(I:C) on PEGylated microspheres to shield from adverse interactions with fibroblasts.

By expressing an array of pattern recognition receptors (PRRs), fibroblasts play an important role in stimulating and modulating the response of the innate immune system. The TLR3 ligand polyriboinosinic acid-polyribocytidylic acid, poly(I:C), a mimic of viral dsRNA, is a vaccine adjuvant candidate to activate professional antigen presenting cells (APCs). However, owing to its ligation with extracellular TLR3 on fibroblasts, subcutaneously administered poly(I:C) bears danger towards autoimmunity. It is thus in the interest of its clinical safety to deliver poly(I:C) in such a way that its activation of professional APCs is as efficacious as possible, whereas its interference with non-immune cells such as fibroblasts is controlled or even avoided. Complementary to our previous work with monocyte-derived dendritic cells (MoDCs), here we sought to control the delivery of poly(I:C) surface-assembled on microspheres to human foreskin fibroblasts (HFFs). Negatively charged polystyrene (PS) microspheres were equipped with a poly(ethylene glycol) (PEG) corona through electrostatically driven coatings with a series of polycationic poly(L-lysine)-graft-poly(ethylene glycol) copolymers, PLL-g-PEG, of varying grafting ratios g from 2.2 up to 22.7. Stable surface assembly of poly(I:C) was achieved by incubation of polymer-coated microspheres with aqueous poly(I:C) solutions. Notably, recognition of both surface-assembled and free poly(I:C) by extracellular TLR3 on HFFs halted their phagocytic activity. Ligation of surface-assembled poly(I:C) with extracellular TLR3 on HFFs could be controlled by tuning the grafting ratio g and thus the chain density of the PEG corona. When assembled on PLL-5.7-PEG-coated microspheres, poly(I:C) was blocked from triggering class I MHC molecule expression on HFFs. Secretion of interleukin (IL)-6 by HFFs after exposure to surface-assembled poly(I:C) was distinctly lower as compared to free poly(I:C). Overall, surface assembly of poly(I:C) may have potential to contribute to the clinical safety of this vaccine adjuvant candidate.

Interação tensoativo/hidrótropo em sistemas aquosos, utilizando ressonância magnética nuclear de ¹H e 13C

In this work, it was studied the behavior of the nonionic surfactant aqueous solutions, containing or not a hydrotropic agent, by resonance magnetic nuclear (NMR). We have studied monofunctional diblock copolymers of poly(propylene oxide-ethylene oxide) (R-PPO-PEO-OH, where R length is linear C4) as nonionic surfactant and sodium p-toluenesulfonate (NaPTS) as hydrotropic agent. The critical micelle concentration (CMC) of the aqueous copolymer solution was obtained from ¹H-NMR. The preliminary study of the interaction between the copolymer, under the unimer and micelle forms, and the hydrotrope, in aqueous solutions, was evaluated by ¹H-NMR and 13C-NMR.

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.

Study of the diffusion in polymer solutions and hydrogels by NMR spectroscopy and NMR imaging

Afin d'étudier la diffusion et la libération de molécules de tailles inférieures dans un gel polymère, les coefficients d'auto-diffusion d'une série de polymères en étoile avec un noyau d'acide cholique et quatre branches de poly(éthylène glycol) (PEG) ont été déterminés par spectroscopie RMN à gradient de champ pulsé dans des solutions aqueuses et des gels de poly(alcool vinylique). Les coefficients de diffusion obtenus ont été comparés avec ceux des PEGs linéaires et dendritiques pour étudier l'effet de l'architecture des polymères. Les polymères en étoile amphiphiles ont des profils de diffusion en fonction de la concentration similaires à leurs homologues linéaires dans le régime dilué. Ils diffusent plus lentement dans le régime semi-dilué en raison de leur noyau hydrophobe. Leurs conformations en solution ont été étudiées par des mesures de temps de relaxation spin-réseau T1 du noyau et des branches. L'imagerie RMN a été utilisée pour étudier le gonflement des comprimés polymères et la diffusion dans la matrice polymère. Les comprimés étaient constitués d'amidon à haute teneur en amylose et chargés avec de l'acétaminophène (de 10 à 40% en poids). Le gonflement des comprimés, ainsi que l'absorption et la diffusion de l'eau, augmentent avec la teneur en médicament, tandis que le pourcentage de libération du médicament est similaire pour tous les comprimés. Le gonflement in vitro des comprimés d'un complexe polyélectrolyte à base d'amidon carboxyméthylé et de chitosane a également été étudié par imagerie RMN. Ces comprimés sont sensibles au pH : ils gonflent beaucoup plus dans les milieux acides que dans les milieux neutres en raison de la dissociation des deux composants et de la protonation des chaînes du chitosane. La comparaison des résultats avec ceux d'amidon à haute teneur en amylose indique que les deux matrices ont des gonflements et des profils de libération du médicament semblables dans les milieux neutres, alors que les comprimés complexes gonflent plus dans les milieux acides en raison de la dissociation du chitosane et de l'amidon.

Caractérisation de la pharmacocinétique de formulations sensibles au pH et de formulations destinées au traitement des intoxications médicamenteuses

La préparation de formulations à libération contrôlée est le domaine des sciences pharmaceutiques qui vise à modifier l’environnement immédiat des principes actifs pour en améliorer l’efficacité et l’innocuité. Cet objectif peut être atteint en modifiant la cinétique de circulation dans le sang ou la distribution dans l’organisme. Le but de ce projet de recherche était d’étudier le profil pharmacocinétique (PK) de différentes formulations liposomales. L’analyse PK, généralement employée pour représenter et prédire les concentrations plasmatiques des médicaments et de leurs métabolites, a été utilisée ici pour caractériser in vivo des formulations sensibles au pH servant à modifier la distribution intracellulaire de principes actifs ainsi que des liposomes destinés au traitement des intoxications médicamenteuses. Dans un premier temps, la PK d’un copolymère sensible au pH, à base de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et d’acide méthacrylique (MAA) a été étudiée. Ce dernier, le p(NIPAM-co-MAA) est utilisé dans notre laboratoire pour la fabrication de liposomes sensibles au pH. L’étude de PK conduite sur les profils de concentrations sanguines de différents polymères a défini les caractéristiques influençant la circulation des macromolécules dans l’organisme. La taille des molécules, leur point de trouble ainsi que la présence d’un segment hydrophobe à l’extrémité des chaînes se sont avérés déterminants. Le seuil de filtration glomérulaire du polymère a été évalué à 32 000 g/mol. Finalement, l’analyse PK a permis de s’assurer que les complexes formés par la fixation du polymère à la surface des liposomes restaient stables dans le sang, après injection par voie intraveineuse. Ces données ont établi qu’il était possible de synthétiser un polymère pouvant être adéquatement éliminé par filtration rénale et que les liposomes sensibles au pH préparés avec celui-ci demeuraient intacts dans l’organisme. En second lieu, l’analyse PK a été utilisée dans le développement de liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pour le traitement des intoxications médicamenteuses. Une formulation a été développée et optimisée in vitro pour capturer un médicament modèle, le diltiazem (DTZ). La formulation liposomale s’est avérée 40 fois plus performante que les émulsions lipidiques utilisées en clinique. L’analyse PK des liposomes a permis de confirmer la stabilité de la formulation in vivo et d’analyser l’influence des liposomes sur la circulation plasmatique du DTZ et de son principal métabolite, le desacétyldiltiazem (DAD). Il a été démontré que les liposomes étaient capables de capturer et de séquestrer le principe actif dans la circulation sanguine lorsque celui-ci était administré, par la voie intraveineuse. L’injection des liposomes 2 minutes avant l’administration du DTZ augmentait significativement l’aire sous la courbe du DTZ et du DAD tout en diminuant leur clairance plasmatique et leur volume de distribution. L’effet de ces modifications PK sur l’activité pharmacologique du médicament a ensuite été évalué. Les liposomes ont diminué l’effet hypotenseur du principe actif administré en bolus ou en perfusion sur une période d’une heure. Au cours de ces travaux, l’analyse PK a servi à établir la preuve de concept que des liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pouvaient modifier la PK d’un médicament cardiovasculaire et en diminuer l’activité pharmacologique. Ces résultats serviront de base pour le développement de la formulation destinée au traitement des intoxications médicamenteuses. Ce travail souligne la pertinence d’utiliser l’analyse PK dans la mise au point de vecteurs pharmaceutiques destinés à des applications variées. À ce stade de développement, l’aspect prédictif de l’analyse n’a pas été exploité, mais le côté descriptif a permis de comparer adéquatement diverses formulations et de tirer des conclusions pertinentes quant à leur devenir dans l’organisme.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

Reversible sphere-to-lamellar wetting transition at the interface of a diblock copolymer system

We use ellipsometry to investigate a transition in the morphology of a sphere-forming diblock copolymer thin-film system. At an interface the diblock morphology may differ from the bulk when the interfacial tension favours wetting of the minority domain, thereby inducing a sphere-to-lamella transition. In a small, favourable window in energetics, one may observe this transition simply by adjusting the temperature. Ellipsometry is ideally suited to the study of the transition because the additional interface created by the wetting layer affects the polarisation of light reflected from the sample. Here we study thin films of poly(butadiene-ethylene oxide) (PB-PEO), which order to form PEO minority spheres in a PB matrix. As temperature is varied, the reversible transition from a partially wetting layer of PEO spheres to a full wetting layer at the substrate is investigated.