Chemical modifications of polysaccharides and their hydrogels by “click chemistry”
Modifications chimiques de polysaccharides et de leurs hydrogels par "click chemistry"
Modificări chimice ale polizaharidelor şi ale hidrogelurilor lor prin procedeul "click chemistry"
Résumé
This work is part of a current field that has grown steadily in recent years and aims to obtain and characterize amphiphilic polymers and hydrogels with controlled hydrophilicity, derived from natural polymers, with potential use as controlled drug delivery systems. Acting in contact with the body or inside it, it is necessary that the polymers used to obtain these architectures meet a number of constraints to be non-toxic, biocompatible and biodegradable. For these reasons, most of the time natural polymers are chosen, especially those from the class of polysaccharides, but there are also synthetic polymers that meet these requirements. Thus, the materials considered were: starch, poly (ε-caprolactone), palmitoyl chloride, citric acid, their by-products of degradation being non toxic. The thesis is divided into two parts, one theoretical and one experimental, and structured into five chapters, wherein: the first chapter is the theoretical and the others, the original, experimental part. In a first time, starch was hydrophobized by grafting poly-caprolactone using "click chemistry" (CuAAC) (using the traditional way and the one using the microwaves) between starch chains bearing alkyne side functions and polycaprolactone chains with azide chain end function, these latter being synthesized by ROP of caprolactone. Another way consists in the esterification with long fatty acid chains. Physico-chemical analysis, morphological and the behavior in different solutions have been made to obtain information about both the structure and the characteristics of the products. in a second part, hydrogels based on starch and modified starch with fatty acid chains or PCL and crosslinked with citric acid have been obtained. To achieve the objectives, a strategy with two experimental independent variables was used, the mathematical modeling of experimental data giving information on the existing phenomena, and showing the synergistic effects and at the same time establishing the conditions for optimization. After evaluation of the kinetics of controlled release of levofloxacin, an antibiotic, from the synthesized hydrogels, the materials based on modified starch have shown to present sustained release properties superior in terms of slowing release, a feature that recommends them successfully in the pharmaceutical and cosmetics applications. The results obtained in this thesis have been evaluated by the publication of three articles and dissemination of results at six international conferences.
Ce travail a pour objet l'obtention et la caractérisation de nouveaux copolymères amphiphiles et d'hydrogels à hydrophilie contrôlée, à partir de polymères naturels, avec comme utilisations potentielles la vectorisation de principes actifs. En conséquence, il est donc nécessaire que les polymères utilisés pour l’obtention de ces architectures répondent à un certain nombre de contraintes, notamment être non-toxiques, biocompatibles et biodégradables. Pour ces raisons, on retient le plus souvent comme matériaux de départ des polymères naturels, en particulier les polysaccharides. Quelques polymères synthétiques répondent aussi à ces contraintes, telle que la polycaprolactone. Ainsi, le matériau de base utilisé dans ce travail est l'amidon sur lequel a été greffé soit la poly (ε-caprolactone), soit une chaîne grasse. La thèse est structurée en cinq chapitres consacrés d'une part au greffage de structures hydrophobes sur l'amidon et la formation d'hydrogels à hydrophobie modulable, d'autre part à la vectorisation de la lévofloxacine par ces composés. La première partie traite du greffage de la polycaprolactone sur l'amidon par "click chemistry" (CuAAC) entre l’amidon fonctionnalisé par des fonctions alcynes et des polycaprolactones à fonction azoture en bout de chaîne, ces dernières étant préalablement obtenues par POC de la caprolactone. Les réactions de CuAAC ont été effectuées non seulement selon les protocoles habituels, mais aussi par micro ondes. Par ailleurs, l'amidon a aussi été hydrophobisé par les méthodes usuelles d'estérification par une chaîne grasse via le chlorure de l’acide palmitoique. Les produits ainsi obtenus ont été caractérisés par RMN, IR, XPS et leur comportement dans différents solvants (solubilité, gonflement) a été étudié. Une seconde partie est consacrée à l'élaboration d'hydrogels à base d’amidon et d’amidon modifié avec des chaînes d’acides gras et de PCL par réticulation avec l’acide citrique. Afin d'atteindre les objectifs, une stratégie multifactorielle expérimentale avec deux variables indépendantes a été utilisée. La modélisation mathématique des données expérimentales permet de remonter aux paramètres physico-chimiques pertinents, montre les effets de synergie et établit les conditions d'optimisation. Une dernière partie a permis d'évaluer les cinétiques de libération de la lévofloxacine, un antibiotique de dernière génération, par les hydrogels obtenus. Les matériaux obtenus ont montré des propriétés de libération contrôlée potentiellement intéressantes. Les résultats obtenus au cours de cette thèse ont été évalués par la publication de trois articles et par dissémination des résultats au six conférences internationales.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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