Hydrogels injectables thermostimulables : relations structure/propriétés - Faculté des Sciences de Sorbonne Université Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Thermoresponsive injectable hydrogels : structure/properties relationships

Hydrogels injectables thermostimulables : relations structure/propriétés

Résumé

This thesis work focuses on the development of thermoresponsive injectable hydrogels. In the context of drug delivery, the objective is to start from a polymer solution that is sufficiently fluid at room temperature to be injected into a targeted area of the body and to obtain a rapid gelation of the formulation once introduced in a physiological environment. To address this problem, a large platform of graft copolymers has been developed using hydrophilic backbones and thermoresponsive side-chains characterized by their LCST in aqueous medium. In a first step, a fully synthetic macromolecular architecture based on poly(acrylic acid)-g-poly(N-isopropyl acrylamide) was used as a model system. The structure/properties relationships were then established by studying the impact of the size of the backbone, the size of the grafts and the rate of grafting on the phase transition and on the rheological properties determined in the linear domain (dynamic moduli) as well as at large deformations (adhesion test). In the entangled regime, it was shown that the elastic properties triggered at high temperature could be described from a reduced parameter taking into account the copolymer concentration, the entanglement concentration of chains as well as the weight fraction of LCST grafts. In a second step, this study was extended to the same copolymers using poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate] as responsive grafts. In this comparative study, we show that while the association temperature of the grafts is important for triggering the associative process, their thermodynamic properties control the elastic properties at high temperature. In a last part, this study was transposed to polysaccharide backbones, alginate and hyaluronic acid, to improve their biocompatibility. With these copolymers of very different chemical nature, the previous correlation between elastic modulus and reduced concentration is still observed. Finally, in a more applicative context, the injectability of alginate-based copolymers solutions was verified, as well as their extremely rapid kinetics of gelation in a physiological environment, which leads to the conservation of the integrity of gels over long periods of time while favouring a slower release of the molecules of interest into the external environment.
Ce travail de thèse porte sur le développement d’hydrogels injectables thermostimulables. Dans le cadre de la délivrance de principes actifs, l’objectif est de partir d’une solution de polymère suffisamment fluide à température ambiante pour pouvoir être injectée à un endroit ciblé du corps et d’obtenir une gélification rapide de la formulation une fois introduite en milieu physiologique. Pour aborder cette étude, une large plateforme de copolymères greffés a été développée à partir de squelettes hydrophiles et de greffons thermosensibles caractérisées par leur LCST en milieu aqueux. Dans un premier temps, un système entièrement synthétique à base de poly(acide acrylique)-g-poly(N-isopropyl acrylamide) a été utilisé comme système modèle. Les relations structure/propriétés ont alors été établies en étudiant l’impact de la taille du squelette, de la taille des greffons et du taux de greffage sur la transition de phase et sur les propriétés rhéologiques dans le domaine linéaire (modules dynamiques) ainsi qu’aux grandes déformations (test d’adhésion). En régime enchevêtré, il a été montré que les propriétés élastiques générées à haute température pouvaient être décrites à partir d’un paramètre réduit prenant en compte la concentration en copolymère, la concentration d’enchevêtrement des chaînes ainsi que la fraction massique de greffons à LCST. Dans une seconde étape, cette étude a été élargie en utilisant des greffons de poly[oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate]. Dans cette étude comparative, nous montrons que si la température de transition de phase des greffons est importante pour le déclenchement du processus associatif, les propriétés thermodynamiques des greffons gouvernent les propriétés élastiques à haute température. Dans une dernière partie, cette étude a été transposée à des squelettes polysaccharides de type alginate et acide hyaluronique afin d’améliorer la biocompatiblité. Avec ces copolymères de nature chimique pourtant très différente, la corrélation précédente entre module élastique et concentration réduite est de nouveau observée. Enfin, dans le cadre d’études plus appliquées, le caractère injectable des solutions a été vérifié pour les copolymères à base d’alginate, de même que leur cinétique de gélification extrêmement rapide en milieu physiologique qui permet de conserver l’intégrité des gels sur des temps longs tout en favorisant un relargage ralenti des molécules d’intérêt dans le milieu extérieur.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03967346 , version 1 (01-02-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03967346 , version 1

Citer

Lucile Barbier. Hydrogels injectables thermostimulables : relations structure/propriétés. Autre. Sorbonne Université, 2022. Français. ⟨NNT : 2022SORUS394⟩. ⟨tel-03967346⟩
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