Développement de vésicules hybrides polymère/lipide comme modèles de membrane cellulaire et micro-/nano-réacteurs

Abstract

Les vésicules hybrides, résultant de l’auto-assemblage combiné de copolymères amphiphiles et de phospholipides, font l’objet d’un intérêt grandissant depuis plusieurs années. Ces assemblages peuvent être vus comme des structures vésiculaires avancées comparés aux liposomes et polymersomes. Ils permettent en effet de combiner la variabilité chimique et la stabilité mécanique de la membrane polymère avec la bio-fonctionnalité et la perméabilité de la membrane lipidique. Ces objets pourraient être utilisés dans plusieurs domaines : nano-réacteur pour des réactions enzymatiques, modèle biomimétique de membrane cellulaire, etc. De précédents travaux au sein du LCPO ont permis de développer des vésicules hybrides, principalement à partir de copolymères triblocs PEO-b-PDMS-b-PEO. Ces systèmes ont cependant montré des limitations en termes de propriétés mécaniques, puisqu’ils présentent des déformations à rupture inférieures à celles des liposomes. Le mélange de conformations (en boucle et étendue) des copolymères triblocs dans la membrane serait à l’origine de la faible stabilité mécanique des membranes hybrides. Une des approches pour remédier à ce problème est de contrôler la conformation des chaînes de polymère dans la membrane. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de développer des systèmes hybrides en substituant les copolymères triblocs par des copolymères diblocs PDMS-b-PEO. Ces derniers s’organisent en bicouches dans la membrane de la même manière que les phospholipides, ce qui pourrait stabiliser les interfaces polymère/lipide.Le travail de cette thèse a consisté à synthétiser une série de copolymères diblocs PDMS-b-PEO pouvant former des polymersomes. Les paramètres d’auto-assemblage des LUV ont été déterminés (concentration d’agrégation critique, rayon de giration et hydrodynamique, nombre d’agrégation, etc.). Les mesures d’épaisseur de membrane ont été réalisées par Cryo-TEM et diffusion des neutrons. Nous nous sommes également intéressés aux propriétés de membrane des polymersomes (fluidité et tenue mécanique).Des vésicules hybrides micrométriques (GHUV) et nanométriques (LHUV) ont été obtenues à partir des copolymères diblocs et du POPC, un lipide modèle. La formation et la structurationde membrane des LHUV a été vérifiée par Cryo-TEM, diffusion des neutrons et spectroscopie de fluorescence tandis que la formation et la structuration de membrane des GHUV a été étudiée par microscopie confocale. Différentes structurations de membrane ont été obtenues pour les GHUV, suivant la masse molaire du copolymère ou encore la composition en lipide. A l’inverse, les membranes des LHUV semblent homogènes, quelle que soit la fraction en lipide utilisée.La perméabilité et la tenue mécanique des membranes hybrides ont pu être modulées suivant la composition en lipide. Étonnement, les polymersomes semblent plus perméables que les liposomes. A l’inverse, l’utilisation de copolymères diblocs permet bien de renforcer la membrane des vésicules hybrides. Les valeurs de ténacité obtenues sont bien supérieures à celles mesurées pour les liposomes et pour les vésicules hybrides composées de copolymères triblocs.Pour finir, la tension de ligne associée aux interfaces polymère/lipide a été mesurée pour la première fois pour des systèmes hybrides. Les valeurs de tensions de ligne trouvées sont comparables à celles mesurées pour des membranes lipidiques multi-phasées.