Adhésion de complexes de polysaccharides : hydrogels hybrides et films minces – PolysacAdh

Souvent sous la forme d’hydrogels de polysaccharides (PS) modifiés, les adhésifs biomédicaux sont des alternatives pertinentes à la suture. Biocompatibles et forts de propriétés mécaniques adaptées, ils doivent présenter une adhésion efficace sous l’eau. PolysacAdh propose de former des hydrogels biocompatibles hybrides de PS non modifiés par coacervation complexe.
Connu pour limiter le développement des bactéries, le chitosane (CS), PS cationique, sera utilisé comme polymère majoritaire. Afin de former des complexes avec le CS, l’acide hyaluronique (HA) et l’alginate (ALG) joueront le rôle de polymères anioniques invités. Lorsque son degré d’acétylation (DA) est suffisamment élevé (>45-50%), le CS présente une physicochimie particulière en solution aqueuse : il est soluble à pH physiologique contrairement aux CS de plus bas DA. Avec l’ajout de HA ou ALG, les interactions interpolymères sont favorisées aux dépens des interactions avec l’eau.
Afin de limiter la formation de complexes cinétiques, les hydrogels seront preparés à partir de solutions homogènes de haute force ionique (interactions écrantées) qui seront dialysées de façon à contrôler la formation des interactions. Pour optimiser les propriétés mécaniques des matériaux formés, la structure chimique des polymères (masse molaire, DA, choix HA ou ALG, rapport mannuronate/guluronate de l’ALG), les concentrations relatives CS/HA ou CS/ALG, la formulation du bain de dialyse (pH, présence de cations multivalents) et la présence de nanoparticules – nanofibrilles de chitine ou magnétite couverte de CS – seront étudiées.
Mis en contact avec des surfaces contrôlées de PS greffés (biomimétiques de la matrice extracellulaire), les propriétés structurales, mécaniques et d’adhésion de ces systèmes seront optimisées. PolysacAdh se découpe en 3 lots principaux.
1) Elaboration et caractérisation d’adhésifs hydrogels de complexes de PS : Les conditions d’obtention des hydrogels par coacervation complexe seront étudiées. Les paramètres cités ci-dessus seront optimisés afin d’obtenir les propriétés mécaniques et les propriétés de tack sur différents substrats (dans l’air et immergées) les plus intéressantes. La synérèse et les propriétés mécaniques des hydrogels seront évaluées ; la microstructure sera analysée par diffusion de rayonnement, et des signatures des interactions seront recherchées par spectroscopie Raman.
2) Elaboration et caractérisation d’adhésifs hydrogels hybrides à base de complexes de PS : Se focalisant sur les hydrogels les plus prometteurs de (1), les interactions seront diversifiées par l’ajout de nanoparticules incorporées avant la dialyse. Leur présence a pour objectif de renforcer les interactions et les propriétés de dissipation des hydrogels, ainsi que les interactions avec les substrats.
3) Modification et caractérisation de films minces de PS à adhésion modulable : Partant de films greffés de CS de différents DA (déjà réalisés, thèse en cours), des substrats recouverts de PS dont la surface est contrôlée (soit couche supérieure CS de DA contrôlé, soit HA, soit ALG, soit couches mixtes) seront développés. En utilisant la technique de dépôt layer-by-layer sur les CS greffés, les substrats formés pourront présenter une surface spécifique pour les tests d’adhésion des adhésifs hydrogels formés précédemment. Ces surfaces seront caractérisées par des techniques de mesure d’angle de contact, ellipsométrie, et spectroscopie infrarouge. Leur comportement immergé sera également caractérisé par microbalance à quartz et leur gonflement évalué par réflectivité des neutrons. Les substrats utilisés présentant une chimie de surface similaire (verre, silicium ou quartz) seront adaptés aux techniques de caractérisation.
Afin de réaliser le projet, il est nécessaire d’impliquer un doctorant pour les lots (1) et (2) et un post-doc d’un an pour le lot (3). Le budget inclut aussi 22 k€ d’équipement, 70 k€ de fonctionnement et matériels, 6 k€ de missions et 30,6 k€ d’overheads.