Développement de nouveaux polymères amphiphiles comme floculants versatiles pour le traitement de l’eau issue de l’industrie pétrolière

Les polymères hydrosolubles sont utilisés dans diverses industries pour permettre la floculation, soit une séparation solide-liquide de particules présentes en suspension colloïdale. Afin de réduire les impacts environnementaux de l’exploitation des sables bitumineux en Alberta, l’industrie est à la recherche de nouveaux moyens et procédés pour traiter les résidus miniers permettant de séparer les matières solides et de récupérer l’eau. L’objectif des travaux présentés est d’améliorer la floculation, la densification et la déshydratation de ces résidus miniers aqueux par de nouveaux polymères synthétiques. Des homopolymères d’acrylamide de différentes masses molaires ont été synthétisés pour étudier l’influence de la masse molaire sur l’efficacité de floculation. Le taux initial de sédimentation (TIS) est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de floculation des différents polymères. Il a été possible de confirmer l’importance de la masse molaire sur l’efficacité de floculation et de déterminer une masse molaire minimale d’environ 6 MDa pour des polyacrylamides, afin d’obtenir l’efficacité de floculation maximale de suspensions colloïdales principalement composées de kaolin. Afin d’étudier l’effet des charges sur l’efficacité de floculation, des polymères anioniques et cationiques ont été synthétisés. Une série de copolymères d’acrylamide et d’acide acrylique ont été synthétisés comme polymères anioniques et deux séries de copolymères ont été synthétisés comme polymères cationiques, soit des copolymères d’acrylamide et de chlorure de diallyldiméthylammonium et des copolymères de 4-vinyl pyridine et de 1-méthyl-4-vinyl pyridinium. Il a été démontré que les charges anioniques des polymères avaient peu d’influence sur l’efficacité de floculation et que leur comportement en présence de sels était différent de ce que prévoyait la littérature. Il a aussi été démontré que les charges cationiques des polymères n’améliorent pas l’efficacité de floculation. Par la suite, des séries de copolymères amphiphiles, avec des monomères d’acrylamide, de N-alkylacrylamides et d’acrylonitrile, ont été synthétisés, pour étudier l’effet du caractère amphiphile sur la déshydratation des résidus miniers. Le pourcentage de déshydratation nette est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de déshydratation des différents polymères. Il a été possible de développer des copolymères amphiphiles qui améliorent l’efficacité de déshydratation par rapport à des homopolymères d’acrylamide. Il ne fut pas possible de déterminer une tendance entre la balance hydrophile/hydrophobe des copolymères amphiphiles et l’efficacité de déshydratation.

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.

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

Synthesis of some copper(II)-chelating (dialkylamino)pyridine amphiphiles and evaluation of their esterolytic capacities in cationic micellar media

Three new (dialkylamino)pyridine (DAAP)-based ligand amphiphiles 3-5 have been synthesized. All of the compounds possess a metal ion binding subunit in the form of a 2,6-disubstituted DAAP moiety. In addition, at least one ortho-CH2OH substituent is present in all the ligands. Complex formation by these ligands with various metal ions were examined under micellar conditions, but only complexes with Cu(II) ions showed kinetically potent esterolytic capacities under micellar conditions. Complexes with Cu(II) were prepared in host comicellar cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) media at pH 7.6. Individual complexes were characterized by UV-visible absorption spectroscopy and electron paramagnetic resonance spectroscopy. These metallomicelles speed the cleavage of the substrates p-nitrophenyl hexanoate or p-nitrophenyl diphenyl phosphate. To ascertain the nature of the active esterolytic species, the stoichiometries of the respective Cu(II) complexes were determined from the kinetic version of Job's plot. In all the instances, 2:1 complex ligand/Cu(II) ion are the most kinetically competent species. The apparent pK(a) values of the Cu(II)-coordinated hydroxyl groups of the ligands 3, 4, and 5, in the comicellar aggregate, are 7.8, 8.0, and 8.0, respectively, as estimated from the rate constant vs pH: profiles of the ester cleavage reactions. The nucleophilic metallomicellar reagents and the second-order "catalytic" rate constants toward esterolysis of the substrate p-nitrophenyl hexanoate (at 25 degrees C, pH 7.6) are 37.5 for 3, 11.4 for 4, and 13.8 for 5. All catalytic systems comprising the coaggregates of 3, 4, or 5 and CTABr demonstrate turnover behavior in the presence of excess substrate.

Aggregation and mesomorphic properties of 'double-headed' carbohydrate amphiphiles

Sugar-based amphiphiles, consisting of two sugar head groups and an alkylene chain within the molecules, are synthesized and their aggregation and mesomorphic properties are evaluated. The hydrophilic sugar head groups, constituted with beta-D-glucopyranoside units, and the lyophilic alkylene units, are coupled to a glycerol backbone to afford the 'double-headed' sugar amphiphiles. Aggregation studies in aqueous solutions provided their critical micellar concentrations and the aggregation numbers. Mesophase characterizations by polarizing optical microscopy and differential scanning calorimetry (DSC) revealed the phase-transition behaviour of these new 'double-headed' glycolipids.

Synthesis, redox and electrochemical properties of new anthraquinone-attached micelle- and vesicle-forming cationic amphiphiles

Three new cationic amphiphiles bearing anthraquinone moieties at the polar headgroup region were synthesized, The single-chain amphiphile, N,N-dimethyl-N-octadecyl-N-(9,10-dihydro dioxoanthracen-2-ylmethyl)ammonium bromide 1, in the presence of cetyltrimethylammonium bromide upon dispersion in water gave co-micellar aggregates containing covalently attached anthraquinone residues at the polar aqueous interfaces. The other two double-chain amphiphiles, N,N-dioctadecyl-N-methyl-N-(9,10-dihydro-9,10-dioxoanthracen-2-ylmethyl)ammonium bromide 2 and N,N-dimethyl-N-(1,2-bispalmitoyloxypropanyl)-N-(9,10-dihydro-9,10-dioxanthracen-2-ylmethyl)ammonium bromide 3, however, on dispersion in aqueous media produced vesicular aggregates. The critical temperatures for the gel to liquid-crystalline-like phase transition processes for the vesicular systems were determined by following temperature-dependent changes in the ratios of keto-enol tautomeric forms of benzoylacetanilide doped within respective. vesicular assemblies. The redox chemistry of the these supramolecular assemblies was also studied by following the time-dependent changes in the ITV-VIS absorption spectroscopy in the presence of exogenous reducing or oxidizing agents, Electrochemical studies using glassy carbon electrodes reveal that redox-active amphiphiles adsorb on to the glassy carbon surfaces to form electroactive deposits when dipped into aqueous suspensions of either of these aggregates irrespective of the micellar or vesicular nature of the dispersions.

Pronounced hydrogel formation by the self-assembled aggregates of N-alkyl disaccharide amphiphiles

Six disaccharide amphiphiles were synthesized and their hydrogel-forming behavior was extensively studied. These amphiphiles were based on maltose and lactose. Since the gels formed from some of these systems showed the ability to "trap" water molecules upon gelation, these gels were described as "hydrogels". When these gels were heated to similar to 70 degrees C, the samples turned into clear, isotropic fluids, and upon gradual cooling, the hydrogels could be reproduced. Thus these systems were also "thermoreversible". The low molecular mass (MW 565) of the gelators compared to that of a typical polymeric gelator forming substance implies pronounced aggregation of the disaccharide amphiphiles into larger microstructures during gelation. To discern the aggregate textures and morphologies, the specimen hydrogel samples were examined by high-resolution scanning electron microscopy (SEM). A possible reason for the exceptionally high water gelating capacities (>6000 molecules of water per gelator molecule) exhibited by these N-alkyl disaccharide amphiphiles is the presence of large interlamellar spaces into which the water molecules get entrapped due to surface tension. In contrast to their single-chain counterparts, the double-chain lactosyl and maltosylamine amphiphiles upon solubilization in EtOH-H2O afforded hydrogels with reduced mechanical strengths. Interestingly, the corresponding microstructures were found to be quite different from the corresponding hydrogels of their single-chain counterparts. Rheological studies provided further insights into the behavior of these hydrogels. Varying the chain length of the alcohol cosolvent could modulate the gelation capacities, melting temperatures, and the mechanical properties of these hydrogels. To explain the possible reasons of gelation, the results of molecular modeling and energy minimization studies were also included.

Vesicle formation from dimeric ion-paired amphiphiles. Control over vesicular thermotropic and ion-transport properties as a function of intra-amphiphilic headgroup separation

A novel series of vesicle-forming ion-paired amphiphiles, bis(hexadecyldimethylammonium)alkane dipalmitate (1a-1h), containing four chains were synthesized with two isolated headgroups. In each of these amphiphiles, the two headgroup charges are separated by a flexible polymethylene spacer chain -[(CH2)(m)]- of varying lengths (m) such that the length and the conformation of the spacer chain determine the intra-"monomer" headgroup separation. Transmission electron microscopy indicated that each of these forms bilayer membranes upon dispersion in aqueous media. The vesicular properties of these aggregates have been examined by differential scanning calorimetry and temperature-dependent fluorescence anisotropy measurements. Interestingly, their T-m values decreased with the increase in the m value. Thus while the apparent T-m of the lipid with m = 2 (1a) is 74.1 degrees C, the corresponding value observed for the lipid with m = 12 (1h) is 38.9 degrees C. The fluorescence anisotropy values (r) for 1b-1g were quite high (r similar to 0.3) compared to that of 1h (r similar to 0.23) at 20-30 degrees C in their gel states. On the other hand, the r value for vesicular 1b beyond melting was higher (0.1) compared to any of those for 1c-1h (similar to 0.04-0.06). X-ray diffraction of the cast films was performed to understand the nature and the thickness of these membrane organizations. The membrane widths ranged from 30 to 51 A as the m values varied. The entrapment of a small water-soluble solute, riboflavin, by the individual vesicular aggregates, and their sustenance: under an imposed transmembrane pH gradient have also been examined. These results show that all lipid vesicles entrap riboflavin and that generally the resistance to OH- permeation decreases with the increase in m value. Finally,all the above observations were comparatively analyzed, and on the basis of the calculated structures of these lipids, it was possible to conclude that membrane propel-ties can be modulated by spacer chain length variation of the ion-paired amphiphiles.

Advantage of the ether linkage between the positive charge and the cholesteryl skeleton in cholesterol-based amphiphiles as vectors for gene delivery

Twelve novel cationic cholesterol derivatives with different linkage types between the cationic headgroup and the cholesteryl backbone have been developed. These have been tested for their efficacies as gene transfer agents as mixtures with dioleoyl phosphatidylethanolamine (DOPE). A pronounced improvement in transfection efficiency was observed when the cationic center was linked to the steroid backbone using an ether type bond. Among these, cholest-5-en-3b-oxyethane-N, N,N-trimethylammonium bromide (2a) and cholest-5-en-3b-oxyethane-N, N-dimethyl-N-2-hydroxyethylammonium bromide (3d) showed transfection efficiencies considerably greater than commercially available reagents such as Lipofectin or Lipofectamine. To achieve transfection, 3d did not require DOPE. Increasing hydration at the headgroup level for both ester- and ether-linked amphiphiles resulted in progressive loss of transfection efficiency. Transfection efficiency was also greatly reduced when a 'disorder'-inducing chain like an oleyl (cis-9-octadecenyl) segment was added to these cholesteryl amphiphiles. Importantly, the transfection ability of 2a with DOPE in the presence of serum was significantly greater than for a commercially available reagent, Lipofectamine. This suggests that these novel cholesterol-based amphiphiles might prove promising in applications involving liposome-mediated gene transfection. This investigation demonstrates the importance of structural features at the molecular level for the design of cholesterol-based gene delivery reagents that would aid the development of newer, more efficient formulations based on this class of molecules.

Aggregation and mesomorphic properties of 'double-headed' carbohydrate amphiphiles

Sugar-based amphiphiles, consisting of two sugar head groups and an alkylene chain within the molecules, are synthesized and their aggregation and mesomorphic properties are evaluated. The hydrophilic sugar head groups, constituted with β-D-glucopyranoside units, and the lyophilic alkylene units, are coupled to a glycerol backbone to afford the ‘double-headed’ sugar amphiphiles. Aggregation studies in aqueous solutions provided their critical micellar concentrations and the aggregation numbers. Mesophase characterizations by polarizing optical microscopy and differential scanning calorimetry (DSC) revealed the phase-transition behaviour of these new ‘double-headed’ glycolipids.

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®.

Étude, par principes premiers, des effets de la corrélation entre électrons sur les propriétés électroniques et magnétiques de polymères pontés et de supraconducteurs à haute température critique

La présente thèse traite de la description de systèmes complexes, notamment des polymères et des cuprates, par la théorie de la fonctionnelle de la densité. En premier lieu, la théorie de la fonctionnelle de la densité ainsi que différentes fonctionnelles utilisées pour simuler les matériaux à l’étude sont présentées. Plus spécifiquement, les fonctionnelles LDA et GGA sont décrites et leurs limites sont exposées. De plus, le modèle de Hubbard ainsi que la fonctionnelle LDA+U qui en découle sont abordés dans ce chapitre afin de permettre la simulation des propriétés de matériaux à forte corrélation électronique. Par la suite, les résultats obtenus sur les polymères sont résumés par deux articles. Le premier traite de la variation de la bande interdite entre les polymères pontés et leurs homologues non pontés. Le second se penche sur l’étude de polymères à faible largeur de bande interdite. Dans ce dernier, il sera démontré qu’une fonctionnelle hybride, contenant de l’échange exact, est nécessaire afin de décrire les propriétés électroniques des systèmes à l’étude. Finalement, le dernier chapitre est consacré à l’étude des cuprates supraconducteurs. La LDA+U pouvant rendre compte de la forte localisation dans les orbitales 3d des atomes de cuivre, une étude de l’impact de cette fonctionnelle sur les propriétés électroniques est effectuée. Un dernier article investiguant différents ordres magnétiques dans le La2CuO4 dopé termine le dernier chapitre. On trouve aussi, en annexe, un complément d’information pour le second article et une description de la théorie de la supraconductivité de Bardeen, Cooper et Schrieffer.

Électrofilage de complexes de polymères

Ce travail a permis de démontrer que l’électrofilage, ainsi que l’électronébulisation, sont des méthodes faciles et efficaces de préparation de complexes entre des polymères et des petites molécules. En effet, la plupart des méthodes de préparation de complexes donnent des mélanges inhomogènes à cause de la cristallisation cinétiquement favorisée des petites molécules. Or, un mélange inhomogène peut être très difficile à caractériser. Dans ce travail, l’électrofilage a été utilisé pour la première fois avec succès pour obtenir des nanofils de complexe entre le poly(oxyde d’éthylène) (PEO) et le NaSCN (PEO-NaSCN) ainsi qu’entre le PEO et l’hydroquinone. L’électronébulisation a été utilisée pour obtenir du complexe entre la polycaprolactone (PCL) et l’urée. L’électrofilage n’était pas possible pour le système PCL-urée parce que la solubilité n’était pas suffisante pour atteindre la viscosité minimale requise pour l’électrofilage. L’électronébulisation peut donc complémenter l’électrofilage et rendre la technique applicable à encore plus de systèmes. Les systèmes ont été caractérisés par spectroscopie infrarouge (FT-IR), par diffraction de rayons X (XRD), par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et par microscopies optique et électronique à balayage.

Une nouvelle stratégie de traitement de la maladie cœliaque basée sur les polymères séquestrants

La maladie cœliaque ou sprue cœliaque est une intolérance au gluten. Il s’agit d’une maladie inflammatoire de l’intestin liée à l’ingestion de gluten chez des personnes génétiquement susceptibles. Ce désordre présente une forte prévalence puisqu’il touche 1 % de la population mondiale. En l’état actuel des choses, il n’existe aucun outil pharmacologique pour traiter ou pallier à cette maladie. Cependant, grâce aux avancées dans la compréhension de sa pathogenèse, de nouvelles cibles thérapeutiques ont été identifiées. À l’heure actuelle, le seul traitement efficace consiste à suspendre la consommation de l’agent pathogène, à savoir le gluten. Le gluten est un ensemble de protéines de stockage des céréales contenu dans le blé, l’orge et le seigle. Le gluten du blé se subdivise en gluténines et gliadines. Ce sont ces dernières qui semblent les plus impliquées dans la maladie cœliaque. Les gliadines et ses protéines apparentées (i.e. sécalines et hordéines, respectivement dans le seigle et l’orge) sont riches en prolines et en glutamines, les rendant résistantes à la dégradation par les enzymes digestives et celles de la bordure en brosse. Les peptides résultant de cette digestion incomplète peuvent induire des réponses immunitaires acquises et innées. L’objectif principal de cette thèse était de tester un nouveau traitement d’appoint de la maladie cœliaque utile lors de voyages ou d’évènements ponctuels. Dans les années 80, une observation italienne montra l’inhibition de certains effets induits par des gliadines digérées sur des cultures cellulaires grâce à la co-incubation en présence de mannane: un polyoside naturel composé de mannoses. Malheureusement, ce traitement n’était pas applicable in vivo à cause de la dégradation par les enzymes du tractus gastro-intestinales du polymère, de par sa nature osidique. Les polymères de synthèse, grâce à la diversité et au contrôle de leurs propriétés physico-chimiques, se révèlent être une alternative attrayante à ce polymère naturel. L’objectif de cette recherche était d’obtenir un polymère liant la gliadine, capable d’interférer dans la genèse de la maladie au niveau du tube digestif, afin d’abolir les effets délétères induits par la protéine. Tout d’abord, des copolymères de type poly (hydroxyéthylméthacrylate)-co-(styrène sulfonate) (P(HEMA-co-SS)) ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d’atome (ATRP). Une petite bibliothèque de polymères a été préparée en faisant varier la masse molaire, ainsi que les proportions de chacun des monomères. Ces polymères ont ensuite été testés quant à leur capacité de complexer la gliadine aux pH stomacal et intestinal et les meilleurs candidats ont été retenus pour des essais cellulaires. Les travaux ont permis de montrer que le copolymère P(HEMA-co-SS) (45:55 mol%, 40 kDa) permettait une séquestration sélective de la gliadine et qu’il abolissait les effets induits par la gliadine sur différents types cellulaires. De plus, ce composé interférait avec la digestion de la gliadine, suggérant une diminution de peptides immunogènes impliqués dans la maladie. Ce candidat a été testé in vivo, sur un modèle murin sensible au gluten, quant à son efficacité vis-à-vis de la gliadine pure et d’un mélange contenant du gluten avec d’autres composants alimentaires. Le P(HEMA-co-SS) a permis de diminuer les effets sur les paramètres de perméabilité et d’inflammation, ainsi que de moduler la réponse immunitaire engendrée par l’administration de gliadine et celle du gluten. Des études de toxicité et de biodistribution en administration aigüe et chronique ont été réalisées afin de démontrer que ce dernier était bien toléré et peu absorbé suite à son administration par la voie orale. Enfin des études sur des échantillons de tissus de patients souffrants de maladie cœliaque ont montré un bénéfice therapeutique du polymère. L’ensemble des travaux présentés dans cette thèse a permis de mettre en évidence le potentiel thérapeutique du P(HEMA-co-SS) pour prévenir les désordres reliés à l’ingestion de gluten, indiquant que ce type de polymère pourrait être exploité dans un avenir proche.

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.