Synthesis, functionalisation and characterisation of germanium nanocrystals & their applications

In the last two decades, semiconductor nanocrystals have been the focus of intense research due to their size dependant optical and electrical properties. Much is now known about how to control their size, shape, composition and surface chemistry, allowing fine control of their photophysical and electronic properties. However, genuine concerns have been raised regarding the heavy metal content of these materials, which is toxic even at relatively low concentrations and may limit their wide scale use. These concerns have driven the development of heavy metal free alternatives. In recent years, germanium nanocrystals (Ge NCs) have emerged as environmentally friendlier alternatives to II-VI and IV-VI semiconductor materials as they are nontoxic, biocompatible and electrochemically stable. This thesis reports the synthesis and characterisation of Ge NCs and their application as fluorescence probes for the detection of metal ions. A room-temperature method for the synthesis of size monodisperse Ge NCs within inverse micelles is reported, with well-defined core diameters that may be tuned from 3.5 to 4.5 nm. The Ge NCs are chemically passivated with amine ligands, minimising surface oxidation while rendering the NCs dispersible in a range of polar solvents. Regulation of the Ge NCs size is achieved by variation of the ammonium salts used to form the micelles. A maximum quantum yield of 20% is shown for the nanocrystals, and a transition from primarily blue to green emission is observed as the NC diameter increases from 3.5 to 4.5 nm. A polydisperse sample with a mixed emission profile is prepared and separated by centrifugation into individual sized NCs which each showed blue and green emission only, with total suppression of other emission colours. A new, efficient one step synthesis of Ge NCs with in situ passivation and straightforward purification steps is also reported. Ge NCs are formed by co-reduction of a mixture of GeCl4 and n-butyltrichlorogermane; the latter is used both as a capping ligand and a germanium source. The surface-bound layer of butyl chains both chemically passivates and stabilises the Ge NCs. Optical spectroscopy confirmed that these NCs are in the strong quantum confinement regime, with significant involvement of surface species in exciton recombination processes. The PL QY is determined to be 37 %, one of the highest values reported for organically terminated Ge NCs. A synthetic method is developed to produce size monodisperse Ge NCs with modified surface chemistries bearing carboxylic acid, acetate, amine and epoxy functional groups. The effect of these different surface terminations on the optical properties of the NCs is also studied. Comparison of the emission properties of these Ge NCs showed that the wavelength position of the PL maxima could be moved from the UV to the blue/green by choice of the appropriate surface group. We also report the application of water-soluble Ge NCs as a fluorescent sensing platform for the fast, highly selective and sensitive detection of Fe3+ ions. The luminescence quenching mechanism is confirmed by lifetime and absorbance spectroscopies, while the applicability of this assay for detection of Fe3+ in real water samples is investigated and found to satisfy the US Environmental Protection Agency requirements for Fe3+ levels in drinkable water supplies.

Morphing low-affinity ligands into high-avidity nanoparticles by thermally triggered self-assembly of a genetically encoded polymer.

Multivalency is the increase in avidity resulting from the simultaneous interaction of multiple ligands with multiple receptors. This phenomenon, seen in antibody-antigen and virus-cell membrane interactions, is useful in designing bioinspired materials for targeted delivery of drugs or imaging agents. While increased avidity offered by multivalent targeting is attractive, it can also promote nonspecific receptor interaction in nontarget tissues, reducing the effectiveness of multivalent targeting. Here, we present a thermal targeting strategy--dynamic affinity modulation (DAM)--using elastin-like polypeptide diblock copolymers (ELP(BC)s) that self-assemble from a low-affinity to high-avidity state by a tunable thermal "switch", thereby restricting activity to the desired site of action. We used an in vitro cell binding assay to investigate the effect of the thermally triggered self-assembly of these ELP(BC)s on their receptor-mediated binding and cellular uptake. The data presented herein show that (1) ligand presentation does not disrupt ELP(BC) self-assembly; (2) both multivalent ligand presentation and upregulated receptor expression are needed for receptor-mediated interaction; (3) increased size of the hydrophobic segment of the block copolymer promotes multivalent interaction with membrane receptors, potentially due to changes in the nanoscale architecture of the micelle; and (4) nanoscale presentation of the ligand is important, as presentation of the ligand by micrometer-sized aggregates of an ELP showed a low level of binding/uptake by receptor-positive cells compared to its presentation on the corona of a micelle. These data validate the concept of thermally triggered DAM and provide rational design parameters for future applications of this technology for targeted drug delivery.

Purification, crystallization and preliminary X-ray diffraction studies of a complex between G protein-coupled receptor kinase 2 and Gbeta1gamma2.

G protein-coupled receptor kinase 2 (GRK2) phosphorylates activated G protein-coupled receptors (GPCRs), which ultimately leads to their desensitization and/or downregulation. The enzyme is recruited to the plasma membrane via the interaction of its carboxyl-terminal pleckstrin-homology (PH) domain with the beta and gamma subunits of heterotrimeric G proteins (Gbetagamma). An improved purification scheme for GRK2 has been developed, conditions under which GRK2 forms a complex with Gbeta(1)gamma(2) have been determined and the complex has been crystallized in CHAPS detergent micelles. Crystals of the GRK2-Gbetagamma complex belong to space group C2 and have unit-cell parameters a = 187.0, b = 72.1, c = 122.0 A, beta = 115.2 degrees. A complete data set has been collected to 3.2 A resolution with Cu Kalpha radiation.

Photosensitiser delivery for photodynamic therapy. Part 2: systemic carrier platforms

Background: The treatment of solid tumours and angiogenic ocular diseases by photodynamic therapy (PDT) requires the injection of a photosensitiser (PS) to destroy target cells through a combination of visible light irradiation and molecular oxygen. There is currently great interest in the development of efficient and specific carrier delivery platforms for systemic PDT. Objective: This article aims to review recent developments in systemic carrier delivery platforms for PDT, with an emphasis on target specificity. Methods: Recent publications, spanning the last five years, concerning delivery carrier platforms for systemic PDT were reviewed, including PS conjugates, dendrimers, micelles, liposomes and nanoparticles. Results/conclusion: PS conjugates and supramolecular delivery platforms can improve PDT selectivity by exploiting cellular and physiological specificities of the targeted tissue. Overexpression of receptors in cancer and angiogenic endothelial cells allows their targeting by affinity-based moieties for the selective uptake of PS conjugates and encapsulating delivery carriers, while the abnormal tumour neovascularisation induces a specific accumulation of heavy weighted PS carriers by enhanced permeability and retention (EPR) effect. in addition, polymeric prodrug delivery platforms triggered by the acidic nature of the tumour environment or the expression of proteases can be designed. Promising results obtained with recent systemic carrier platforms will, in due course, be translated into the clinic for highly efficient and selective PDT protocols.

Multiply reconfigurable ‘plug and play’ molecular logic via self-assembly

A substantial set of ion-driven molecular logic gates are implemented in turn by arranging the association between easily available lumophores and receptors in detergent micelles.

Measurement of Local Sodium Ion Levels near Micellar Surfaces with Fluorescent PET (Photoinduced Electron Transfer) Sensors

Na+ near membranes controls our nerve signals, besides several other crucial bioprocesses. We demonstrate that fluorescent PET (photoinduced electron transfer) sensor molecules target Na+ in nanospaces near micellar membranes with excellent discrimination against H+. They find that Na+ near anionic micelles is concentrated by factors of upto 160. Sensor molecules which are not held tight to the micelle surface find a Na+ amplification factor of 8 only. These findings are strengthened by the employment of control compounds whose PET processes are permanently ‘on’ or permanently ‘off’.

Polioxometalatos: dos agregados moleculares a redes e materiais

Esta dissertação teve como objectivo principal a preparação de novos materiais luminescentes contendo lantanopolioxometalatos. Foram utilizados polioxometalatos (POMs) do tipo Keggin, Wells-Dawson e [Ln(M5O18)2]9- com M (VI) = W, Mo contendo diferentes iões lantanídeo. Foram sintetizados materiais híbridos orgânico-inorgânicos com base em lantanopolioxometalatos e ligandos orgânicos. O efeito da coordenação destes ligandos orgânicos na luminescência dos iões lantanídeo (efeito de antena) foi investigado para os ácidos picolínico e 3-hidroxipicolínico. Os estudos de fotoluminescência destes materiais permitiram mostrar a existência de um processo de sensitização da emissão dos iões lantanídeo através de fenómenos de transferência de energia dos ligandos e do POM para o centro emissor. No caso particular dos materiais híbridos contendo POMs do tipo Wells-Dawson, a introdução do ligando orgânico levou à intensificação da absorção de energia através do POM, a qual era praticamente inexistente nos correspondentes lantanopolioxometalatos. Prepararam-se nanocompósitos do tipo “core/shell” contendo POMs e híbridos orgânico-inorgânicos como núcleo rodeados por uma camada de sílica. Os nanocompósitos preparados apresentam uma estrutura “core/shell” bem definida com um diâmetro médio de aproximadamente 35 nm. As técnicas de microscopia electrónica, nomeadamente o mapeamento por EDX, permitiram confirmar a presença dos POMs no núcleo das nanopartículas de sílica. A biofuncionalização destes nanocompósitos com um anticorpo foi estudada, com vista à potencial aplicação destes sistemas como biomarcadores ópticos. Os estudos de microscopia de fluorescência permitiram observar a emissão do Eu3+ presente nas nanopartículas biofuncionalizadas com o anticorpo, utilizando excitação na zona do ultravioleta. Estes resultados reforçam a viabilidade da aplicação destes sistemas como marcadores celulares em alternativa a “quantum dots” e corantes orgânicos. No âmbito dos nanomateriais, foi também preparado um material constituído por partículas de Na9[Eu(W5O18)2] de dimensões nanométricas, utilizando micelas invertidas como nanoreactores, de forma a limitar o tamanho das partículas. Foi realizada a preparação de novos materiais lamelares luminescentes por intercalação de POMs e respectivos materiais híbridos em argilas aniónicas de zinco e alumínio. A intercalação foi realizada através de um método de troca aniónica directa usando uma argila contendo nitrato como anião precursor. O estudo por difracção de raios-X revelou-se uma técnica fundamental na caracterização destes materiais, nomeadamente através da determinação da altura de galeria. A partir deste parâmetro foi possível verificar a orientação da espécie intercalada na argila. No caso da intercalação do anião do tipo Keggin, o estudo por RMN de 31P MAS permitiu identificar a espécie intercalada na argila. As propriedades de luminescência foram estudadas para a generalidade dos novos materiais preparados.

Evaluation of solubility and partition properties of ampicillin-based ionic liquids

In order to overcome the problems associated with low water solubility, and consequently low bioavailability of active pharmaceutical ingredients (APIs), herein we explore a modular ionic liquid synthetic strategy for improved APIs. Ionic liquids containing l-ampicillin as active pharmaceutical ingredient anion were prepared using the methodology developed in our previous work, using organic cations selected from substituted ammonium, phosphonium, pyridinium and methylimidazolium salts, with the intent of enhancing the solubility and bioavailability of l-ampicillin forms. In order to evaluate important properties of the synthesized API-ILs, the water solubility at 25 °C and 37 °C (body temperature) as well as octanol–water partition coefficients (Kow's) and HDPC micelles partition at 25 °C were measured. Critical micelle concentrations (CMC's) in water at 25 °C and 37 °C of the pharmaceutical ionic liquids bearing cations with surfactant properties were also determined from ionic conductivity measurements.

Development and application of NMR techniques to study water-in-CO2 microemulsions

Self-assembly is a phenomenon that occurs frequently throughout the universe. In this work, two self-assembling systems were studied: the formation of reverse micelles in isooctane and in supercritical CO2 (scCO2), and the formation of gels in organic solvents. The goal was the physicochemical study of these systems and the development of an NMR methodology to study them. In this work, AOT was used as a model molecule both to comprehensively study a widely researched system water/AOT/isooctane at different water concentrations and to assess its aggregation in supercritical carbon dioxide at different pressures. In order to do so an NMR methodology was devised, in which it was possible to accurately determine hydrodynamic radius of the micelle (in agreement with DLS measurements) using diffusion ordered spectroscopy (DOSY), the micellar stability and its dynamics. This was mostly assessed by 1H NMR relaxation studies, which allowed to determine correlation times and size of correlating water molecules, which are in agreement with the size of the shell that interacts with the micellar layer. The encapsulation of differently-sized carbohydrates was also studied and allowed to understand the dynamics and stability of the aggregates in such conditions. A W/CO2 microemulsion was prepared using AOT and water in scCO2, with ethanol as cosurfactant. The behaviour of the components of the system at different pressures was assessed and it is likely that above 130 bar reverse microemulsions were achieved. The homogeneity of the system was also determined by NMR. The formation of the gel network by two small molecular organogelators in toluene-d8 was studied by DOSY. A methodology using One-shot DOSY to perform the spectra was designed and applied with success. This yielded an understanding about the role of the solvent and gelator in the aggregation process, as an estimation of the time of gelation.

A novel cyclosporin a aqueous formulation for dry eye treatment: in vitro and in vivo evaluation.

PURPOSE: The aim of the present study was the in vitro and in vivo evaluation of a novel aqueous formulation based on polymeric micelles for the topical delivery of cyclosporine A for dry eye treatment. METHODS: In vitro experiments were carried out on primary rabbit corneal cells, which were characterized by immunocytochemistry using fluorescein-labeled lectin I/isolectin B4 for the endothelial cells and mouse monoclonal antibody to cytokeratin 3+12 for the epithelial ones. Living cells were incubated for 1 hour or 24 hours with a fluorescently labeled micelle formulation and analyzed by fluorescence microscopy. In vivo evaluations were done by Schirmer test, osmolarity measurement, CyA kinetics in tears, and CyA ocular distribution after topical instillation. A 0.05% CyA micelle formulation was compared to a marketed emulsion (Restasis). RESULTS: The in vitro experiments showed the internalization of micelles in the living cells. The Schirmer test and osmolarity measurements demonstrated that micelles did not alter the ocular surface properties. The evaluation of the tear fluid gave similar CyA kinetics values: AUC = 2339 ± 1032 min*μg/mL and 2321 ± 881.63; Cmax = 478 ± 111 μg/mL and 451 ± 74; half-life = 36 ± 9 min and 28 ± 9 for the micelle formulation and Restasis, respectively. The ocular distribution investigation revealed that the novel formulation delivered 1540 ± 400 ng CyA/g tissue to the cornea. CONCLUSIONS: The micelle formulation delivered active CyA into the cornea without evident negative influence on the ocular surface properties. This formulation could be applied for immune-related ocular surface diseases.

Régulation de la proprotéine convertase subtilisine / kexine type 9 (PCSK9) dans les cellules intestinales Caco-2/15

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin.

Mise au point de nanoparticules polymères pour l'administration parentérale d'agents anticancéreux hydrophobes

Plusieurs agents anticancéreux très puissants sont caractérisés par une solubilité aqueuse limitée et une toxicité systémique importante. Cette dernière serait liée d’une part à la solubilisation des agents anticancéreux à l’aide de surfactifs de bas poids moléculaire, connus pour leur toxicité intrinsèque, et d’autre part, par le manque de spécificité tissulaire des anticancéreux. Les vecteurs colloïdaux à base de polymères permettraient de résoudre certains défis liés à la formulation d’agents anticancéreux hydrophobes. D’abord, les polymères peuvent être sélectionnés afin de répondre à des critères précis de compatibilité, de dégradation et d’affinité pour le médicament à formuler. Ensuite, le fait d’encapsuler l’agent anticancéreux dans un vecteur peut améliorer son efficacité thérapeutique en favorisant son accumulation au niveau du tissu cible, i.e. la tumeur, et ainsi limiter sa distribution au niveau des tissus sains. Des travaux antérieurs menés au sein de notre laboratoire ont mené à la mise au point de micelles à base de poly(N-vinyl-pyrrolidone)-bloc-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) capables de solubiliser des agents anticancéreux faiblement hydrosolubles dont le PTX. Ce dernier est commercialisé sous le nom de Taxol® et formulé à l’aide du Crémophor EL (CrEL), un surfactif de bas poids moléculaire pouvant provoquer, entre autres, des réactions d’hypersensibilité sévères. Bien que les micelles de PVP-b-PDLLA chargées de PTX aient démontré une meilleure tolérance comparée au Taxol®, leur potentiel de ciblage tumoral et leur efficacité thérapeutique étaient similaires à la forme commerciale à doses égales. Ceci était possiblement dû au fait que les micelles étaient rapidement déstabilisées et ne pouvaient retenir leur cargo suite à leur administration intraveineuse. Nous avons donc décidé de poursuivre les travaux avec un autre type de vecteur, soit des nanoparticules, qui possèdent une stabilité intrinsèque supérieure aux micelles. L’objectif principal de cette thèse de doctorat était donc de mettre au point des nanoparticules polymères pour l’administration parentérale d’agents anticancéreux faiblement solubles dans l’eau. Les nanoparticules devaient permettre d’encapsuler des agents anticancéreux hydrophobes et de les libérer de manière contrôlée sur plusieurs jours. De plus, elles devaient démontrer un temps de circulation plasmatique prolongée afin de favoriser l’accumulation passive du médicament encapsulé au niveau de la tumeur. La première partie du travail visait à employer pour la première fois le copolymère amphiphile PVP-b-PDLLA comme émulsifiant dans la préparation de nanoparticules polymères. Ainsi, une méthode de fabrication des nanoparticules par émulsion huile-dans-eau a été appliquée afin de produire des nanoparticules à base de PDLLA de taille inférieure à 250 nm. Grâce aux propriétés lyoprotectrices de la couronne de PVP présente à la surface des nanoparticules, celles-ci pouvaient retrouver leur distribution de taille initiale après lyophilisation et redispersion en milieu aqueux. Deux anticancéreux hydrophobes, soit le PTX et l’étoposide (ETO), ont été encapsulés dans les nanoparticules et libérés de ces dernières de façon contrôlée sur plusieurs jours in vitro. Une procédure de « salting-out » a été appliquée afin d’améliorer le taux d’incorporation de l’ETO initialement faible étant donnée sa solubilité aqueuse légèrement supérieure à celle du PTX. Le second volet des travaux visait à comparer le PVP comme polymère de surface des nanoparticules au PEG, le polymère le plus fréquemment employé à cette fin en vectorisation. Par le biais d’études d’adsorption de protéines, de capture par les macrophages et de biodistribution chez le rat, nous avons établi une corrélation in vitro/in vivo démontrant que le PVP n’était pas un agent de surface aussi efficace que le PEG. Ainsi, malgré la présence du PVP à la surface des nanoparticules de PDLLA, ces dernières étaient rapidement éliminées de la circulation sanguine suite à leur capture par le système des phagocytes mononucléés. Par conséquent, dans le troisième volet de cette thèse, le PEG a été retenu comme agent de surface, tandis que différents polymères biodégradables de la famille des polyesters, certains synthétiques (PDLLA et copolymères d’acide lactique/acide glycolique), d’autres de source naturelle (poly(hydroxyalkanoates)(PHAs)), ont été investiguées comme matériaux formant le cœur des nanoparticules. Il en est ressorti que les propriétés physicochimiques des polyesters avaient un impact majeur sur l’efficacité d’encapsulation du PTX et son profil de libération des nanoparticules in vitro. Contrairement aux PHAs, les polymères synthétiques ont démontré des taux d’incorporation élevés ainsi qu’une libération contrôlée de leur cargo. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution ont démontré que les nanoparticules de PDLLA dotées d’une couronne de PEG conféraient un temps de circulation plasmatique prolongé au PTX et favorisaient son accumulation tumorale. Les nanoparticules polymères représentent donc une alternative intéressante au Taxol®.

Towards the nanomechanical actuation and controlled assembly of nanomaterials using charge-transfer reactions in electroactive self-assembled monolayers

Les microcantileviers fonctionnalisés offrent une plateforme idéale pour la nano- et micro-mécanique et pour le développement de (bio-) capteurs tres sensible. Le principe d’opération consiste dans des évènements physicochimiques qui se passent du côté fonctionnalisé du microcantilevier induisant une différence de stress de surface entre les deux côtés du cantilevier qui cause une déflexion verticale du levier. Par contre, les facteurs et les phénomènes interfacials qui régissent la nature et l'intensité du stress de surface sont encore méconnus. Pour éclaircir ce phénomène, la première partie de cette thèse porte sur l'étude des réactions de microcantileviers qui sont recouverts d'or et fonctionnalisés par une monocouche auto-assemblée (MAA) électroactive. La formation d'une MAA de ferrocènylundécanethiol (FcC11SH) à la surface d'or d'un microcantilevier est le modèle utilisé pour mieux comprendre le stress de surface induit par l’électrochimie. Les résultats obtenus démontrent qu'une transformation rédox de la MAA de FcC11SH crée un stress de surface qui résulte dans une déflexion verticale du microcantilevier. Dépendamment de la flexibilité du microcantilevier, cette déflexion peut varier de quelques nanomètres à quelques micromètres. L’oxydation de cette MAA de FcC11SH dans un environnement d'ions perchlorate génère un changement de stress de surface compressive. Les résultats indiquent que la déflexion du microcantilevier est due à une tension latérale provenant d'une réorientation et d'une expansion moléculaire lors du transfért de charge et de pairage d’anions. Pour vérifier cette hypothèse, les mêmes expériences ont été répéteés avec des microcantileviers qui ont été couverts d'une MAA mixte, où les groupements électroactifs de ferrocène sont isolés par des alkylthiols inactifs. Lorsqu’un potentiel est appliqué, un courant est détecté mais le microcantilevier ne signale aucune déflexion. Ces résultats confirment que la déflexion du microcantilevier est due à une pression latérale provenant du ferrocènium qui se réorganise et qui crée une pression sur ses pairs avoisinants plutôt que du couplage d’anions. L’amplitude de la déflexion verticale du microcantilevier dépend de la structure moléculaire de la MAA et du le type d’anion utilisés lors de la réaction électrochimique. Dans la prochaine partie de la thèse, l’électrochimie et la spectroscopie de résonance de plasmon en surface ont été combinées pour arriver à une description de l’adsorption et de l’agrégation des n-alkyl sulfates à l’interface FcC11SAu/électrolyte. À toutes les concentrations de solution, les molécules d'agent tensio-actif sont empilées perpendiculairement à la surface d'électrode sous forme de monocouche condensé entrecroisé. Cependant, la densité du film spécifiquement adsorbé s'est avérée être affectée par l'état d'organisation des agents tensio-actifs en solution. À faible concentration, où les molécules d'agent tensio-actif sont présentes en tant que monomères solvatés, les monomères peuvent facilement s'adapter à l’évolution de la concentration en surface du ferrocènium lors du balayage du potential. Cependant, lorsque les molécules sont présentes en solution en tant que micelles une densité plus faible d'agent tensio-actif a été trouvée en raison de l'incapacité de répondre effectivement à la surface de ferrocenium générée dynamiquement.

Étude du mécanisme de protection des spermatozoïdes de mammifères par le lait

Le lait écrémé est utilisé depuis plus d’un demi-siècle comme diluant protecteur des spermatozoïdes de mammifères. Depuis quelques années, il existe une demande grandissante pour des diluants exempts de produits d’origine animale. Toutefois, le mécanisme par lequel le lait protège les spermatozoïdes n’est pas connu, ce qui rend difficile de lui trouver un substitut. Les protéines majeures du plasma séminal de taureau, les protéines « Binder of SPerm » (BSP), sont néfastes lors de la conservation de la semence. Les spermatozoïdes sont en contact avec une grande concentration de protéines BSP qui stimulent une extraction continuelle de cholestérol/phospholipides de leur membrane plasmique. Les lipoprotéines de faible densité (LDL) du jaune d’oeuf, un autre composé utilisé dans les diluants, empêcheraient les protéines BSP de se lier à la membrane des spermatozoïdes de taureaux et de stimuler un efflux des lipides membranaires, ce qui les protégerait durant la conservation. Notre hypothèse était que les protéines du lait protègent les spermatozoïdes durant la conservation en séquestrant les protéines BSP. Premièrement, nous avons démontré par filtration sur gel qu’il y a une interaction entre les protéines BSP bovines et les protéines du lait. Le lait écrémé a été fractionné en trois fractions : F1 (alpha-lactalbumine, bêta-lactoglobuline et caséine kappa), F2 (toutes les protéines du lait) et F3 (sels, sucres et petits peptides). Les protéines BSP1 et BSP5 ont une affinité plus grande pour F1 que BSP3, tandis que toutes les protéines BSP ont une affinité pour F2. Le titrage calorimétrique isotherme a permis de confirmer l’interaction entre les protéines BSP et les protéines du lait. L’association entre la protéine BSP1 bovine et les micelles de caséines est caractérisée par une constante d’affinité (Ka) de 3.5 × 10^5 M-1 et un paramètre stoichiométrique (n) de 4,5 BSP1 pour une caséine. L’association entre la protéine BSP1 bovine et l’alpha-lactalbumine (une protéine du sérum principale), est caractérisée par un Ka de 2.4 × 10^5 M-1 et une valeur “n” de 0,8. Ces résultats indiquent que le lait protège les spermatozoïdes bovins en séquestrant les protéines BSP grâce à une interaction protéine : protéine, tandis que le jaune d’oeuf les protège grâce à une interaction protéine : lipoprotéine. Deuxièmement, nous avons démontré par filtration sur gel que les protéines homologues aux BSP bovines retrouvées dans le plasma séminal de porc, d’étalon et de bélier ont une affinité avec les protéines du lait, ce qui suggère que le mécanisme de protection des spermatozoïdes par le lait pourrait être le même chez ces espèces. Troisièmement, nous avons caractérisé l’interaction entre BSP1 bovine et les LDL du jaune d’oeuf qui a un Ka de 3.4 ± 0.4 × 10^6 M-1 et une valeur de « n » de 104 BSP1 pour une particule de LDL, indiquant qu’il existe des différences entre le mécanisme de protection des spermatozoïdes par le lait et le jaune d’oeuf. Nous croyons que les résultats présentés dans cette thèse aideront à créer de nouveaux diluants ne contenant pas de produits d’origine animale afin de cryoconserver les spermatozoïdes des mammifères.

Étude des poly(2-alkyl-2-oxazoline)s munis d'extrémités hydrophobes en solution aqueuse et à linterface eau/air

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal