Synthèse et caractérisation de matériaux hybrides de structure cœur-couronne : Applications pour le relargage de principe actif
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2021-12-09
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Les structures d'hydroxydes doubles lamellaires (HDL) permettent un confinement
efficace de principes actifs (PA) grâce à leur structure bidimensionnelle, leur biocompatibilité,
et leurs propriétés physico-chimiques favorables à l'échange ionique. Ainsi, ces travaux de
thèse pluridisciplinaires, se situant à l'interface des domaines du biomédical et des
nanomatériaux, ont pour objectifs : i) la conception dans des conditions de chimie douce, de
matériaux biohybrides et de structures hiérarchisées destinés à la vectorisation de PA, et ii) à
leurs caractérisations physico-chimiques. Ces matériaux inorganiques étant constitués d'HDL
et de ferrites magnétiques ont été par la suite associés à différents types de PA. L'objectif étant
la maîtrise des associations entre les différents composants des hybrides qui permettrait ainsi
l'élaboration de nouvelles structures hiérarchisées à fort potentiel pour des applications
biomédicales.
Dans un premier temps, une grande partie du travail a consisté en l'étude des processus
d'intercalation des PA dans les matrices HDL. Ainsi, le premier PA à avoir été intercalé est la
ciprofloxacine (CIP), un antibiotique de la famille des fluoroquinolones. En partant des
différents sels de CIP, deux formes intercalées ont été obtenues après synthèse par
coprécipitation dans une matrice HDL de type Zn2Al. Aussi, le mécanisme de formation, la
composition chimique, l'arrangement des molécules de CIP dans l'espace interlamellaire et
les propriétés de surfaces des deux formes obtenues ont été déterminées. L'étude de la
libération de la CIP en milieu PBS permettant de mimer les milieux biologiques, a mis en
évidence un mécanisme de diffusion par échange, avec cependant des taux et des cinétiques
de libération différents en fonction de la structure. Ensuite, l'immobilisation de l'acide -
lipoïque, un antioxydant, a été réalisée par deux méthodes : la coprécipitation et la
coprécipitation suivie d'un traitement hydrothermal. Pour cela, des HDL de type Zn2Al, Mg2Al,
Cu2Al et Zn2Ga ont été utilisés comme matrices hôtes. Il a été ainsi mis en évidence que la
forme anionique de l'acide -lipoïque a bien été intercalée dans l'espace interlamellaire des
phases HDL. De plus, l'intercalation de l'anion lipoate a ensuite été optimisée afin de
déterminer les conditions de fabrication des suspensions colloïdales.
Dans un deuxième temps et dans l'optique de développer de nanoparticules (NPs)
hybrides offrant de nouvelles stratégies pour la thérapie et le diagnostic médical, l'élaboration
de structures hiérarchisées, constituées d'un cœur magnétique de type ferrite (jouant
généralement le rôle d'agent de contraste en IRM et d'inducteur de chaleur par hyperthermie),
et d'une couronne d'HDL permettant d'encapsuler des PA, a été entreprise. Ainsi, les NPs de
MgFe2O4 et les NPs de Fe3O4 ont été synthétisées par différentes méthodes : la voie HDL et
la méthode solvothermale. Puis, la structure, la forme, la taille et le magnétisme de ces NPs
ont été caractérisés. Par la suite, le cœur magnétique a été combiné aux phases HDL par
coprécipitation. Enfin, des structures cœur@HDL-PA ont été obtenues avec succès par la
méthode de coprécipitation. Divers anti-inflammatoires non stéroïdien ont été utilisés comme
molécules modèles dont : le flurbiprofène et l'ibuprofène. Aussi, différentes techniques de
caractérisation ont été utilisées afin d'élucider les propriétés physico-chimiques finales des
structures cœur@HDL-PA, à savoir : des caractérisations structurales, magnétique et de
libération. Enfin, ce dernier paramètre a été étudié sous l'influence du stimulus le plus évident
en cas d'applications de libération contrôlée, c'est-à-dire le pH (pH 7,4- 7,5).