Projet ANR-11-JS08-0007 – MIMIC3C : perméabilisants membranaires polymères comportant des éthers-couronne situés tous les 3 carbones du squelette
Programme : JCJC - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (JCJC SIMI 8)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Valessa BARBIER (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR EST)
Partenaires : Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est
Montant : 161549.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Oligomères biomimétiques utiles pour le traitement des cancersDéveloppement de perméabilisants membranaires comportant des cavités complexantes éthers-couronne, étude de leur interaction avec des membranes bilipidiques modèles et biologiques
Modification de la permeabilité membranaire par des polymères porteurs de cavités complexantesLes bicouches lipidiques constituent l’entité de base des membranes cellulaires et forment une barrière infranchissable pour la plupart des molécules. Le design de molécules synthétiques capables de modifier la perméabilité membranaire de manière contrôlée tout en préservant l’intégrité de la membrane constitue un challenge pour les chimistes, les physiciens et pour la recherche pharmaceutique. Dans ce contexte, l’objectif global du projet est le développement de nouveaux perméabilisants membranaires polymères porteurs de cavités complexantes telles que des éthers-couronne qui ont une affinité vis-à-vis des cations alcalins (K+, Na+), ions essentiels pour le métabolisme. Ces polymères, nommés poly(éthers-couronne) « 3C », ont une structure originale avec des substituants géminés situés tous les 3 carbones le long du squelette polymère. Un premier objectif est d’étudier les interactions de ces molécules vis-à-vis de membranes modèles et d’établir des relations structure / propriétés. Un second objectif est de comparer ces nouvelles molécules avec des analogues vinyliques, poly(éthers-couronne) « 2C » (substituants situés tous les 2 carbones du squelette polymère) afin de mieux situer l’impact de la structure proposée. 
Synthèse de poly(éthers-couronne) et étude de leur interaction avec des membranes modèlesLes polymères sont obtenus par polymérisation de monomères porteurs de cavités complexantes ethers-couronne préparés au laboratoire. Les poly(ethers-couronne) « 3C » sont préparés selon une méthodologie de synthèse macromoléculaire récemment développée dans l’équipe et qui conduit à des polymères de taille contrôlée et monodisperse. La synthèse d’analogues vinyliques (poly(éthers-couronne) « 2C »), de nature chimique proche mais différent par le placement des éthers-couronne le long de la chaîne polymère a été explorée par polymérisation de monomères éthers-couronne du type méthacrylate. Les propriétés de complexation vis-à-vis de cations alcalins des monomères et polymères préparés sont étudiées par microcalorimétrie et par extraction/dosage de sels alcalins. L’interaction des polymères avec des membranes bilipidiques modèles est étudiée par mesure de conductance sur des bicouches lipidiques planes (en collaboration avec l’académie des Sciences Slovaque) et par spectroscopie de fluorescence sur des vésicules (méthode décrite dans la littérature et mise en place au laboratoire).
Résumé de la soumission : Les bicouches lipidiques constitue la structure de base des membranes cellulaires et se doivent d'être infranchissables pour la plupart des molécules. C'est pourquoi, le transport membranaire est régulé par des mécanismes rendant l'incorporation d'agents externes tels que des principes actifs très difficile. Aussi, le développement de molécules synthétiques capables de modifier les propriétés de la membrane et de susciter une perméabilisation membranaire contrôlée tout en préservant l'intégrité de celle-ci revêt toute son importance et réunit chimiste et biophysiciens autour de questions fondamentales et d'applications thérapeutiques.Dans ce contexte, le projet MIMC3C  vise à développer une nouvelle famille de perméabilisants membranaires polymères et se focalise sur des polymères porteurs d'éthers-couronne afin de générer des pores présentant une sélectivité ionique. Les structures proposée ont pour originalité d'être substituées tous les trois carbones sur le squelette polymères et non pas deux carbones comme c'est généralement le cas. cela induit une distance inter-substituants tout à fait unique. Les polymères sont préparés par polymérisation anionique par ouverture de cycle de cyclopropane-1,1-dicarboxylates disubstitués. Leur synthèse a été rendue possible par le développement d'une nouvelle méthodologie de synthèse utilisant l'association d'une molécule protique à une base phosphazène comme système d'amorçage. La forte réactivité observée (en comparaison avec la voie de synthèse traditionnelle) a permis d'envisager la polymérisation de monomères portant des groupements encombrants tels que des éthers-couronne. Il est proposé de faire varier trois paramètres structuraux: la taille des macromolécules, le nombre d'éthers-couronnes par motifs de répétition ainsi que leur taille et donc leur sélectivité ionique. Le premier objectif du projet consiste à développer cette nouvelle famille de perméabilisants membranaires.Le second objectif est une étude des relations structure / propriétés. en effet, le mode d'action de telles molécules au sein d'une bicouche lipidique est difficile à mettre en évidence et nécessite des études fondamentales. Les propriétés perméabilisantes des molécules synthétisés seront étudiées par des mesures de conductance sur bicouches planes (BLM) et par spectroscopie de fluorescence sur des vésicules (HPTS assays). La première méthode sera réalisée via une collaboration externe tandis que la deuxième sera développée au laboratoire. Ces deux methodes sont complémentaires: l'une traduit la perméabilisation moyenne d'une population de vésicules (HPTS) tandis que l'autre permet l'observation du comportement d'un pore unique au aein de la bicouche (statistiques sur des évènements). On s'intéressera notamment à la sélectivité ionique, à la taille des pores formés ainsi qu'à leur stabilité.Afin d'évaluer l'impact de ces nouvelles structures perméabilisantes, des analogues vinyliques de la famille des poly(méthacrylates), soit avec des substituants tous les deux carbones, seront préparés et étudiés par les mêmes méthodes. Leur comparaison constitue le troisième et dernier objectif du projet.
Résultats : Nous avons préparé une famille de poly(éthers-couronne) « 3C » complexantes pour le sodium et le potassium. En raison de la présence d’une impureté active causant une dégradation des échantillons, l’étude des relations structure/propriétés des polymères par spectroscopie de fluorescence sur des vésicules n’a pu être validée. Néanmoins, dans le cadre d’un contrat Hubert-Curien avec l’académie des Sciences Slovaque à Bratislava, nous avons montré que ces polymères forment des pores au sein de membranes modèles avec une sélectivité pour les cations. Aussi, une collaboration a été établie avec le laboratoire CRRET (Croissance, Réparation et Régénération Tissulaires) à Créteil pour étudier l’activité biologique de ces molécules. Des expériences sur cellules et sur souris ont montré le caractère anti-prolifératif des échantillons vis-à-vis des cellules tumorales, ce qui a conduit au dépôt d’un brevet d’application. 
La synthèse de poly(éthers-couronne) « 2C » par polymérisation de methacrylates substitués par un éther-couronne (préparés au laboratoire) n’a pas donné de résultats concluants (polymérisation non contrôlée ou spontanée du monomère).
Suite à ces problèmes d’impureté et de synthèse, nous avons développé une autre stratégie de synthèse basée sur la post-modification de châssis polymères. En collaboration avec le département de Chimie Moléculaire à Grenoble, cette voie de synthèse intéressante pour développer des oligomères biomimétiques hydrosolubles a notamment donné lieu à une nouvelle famille de molécules pour la reconnaissance de protéines.
Perspectives : La stratégie de synthèse développée a été utilisée pour la préparation de glycopolymères c’est-à-dire de polymères conjugués à des carbohydrates, intéressants pour la reconnaissance de protéines. L’objectif de cette nouvelle activité en collaboration avec le département de Chimie Moléculaire à Grenoble est  l’élaboration de glycopolymères mimes de glycoaminoglycanes (GAGs) et l'étude de leur interaction avec des protéines impliquées dans des processus physiologiques ou pathologiques.
Publications et brevets : - Un article sur les propriétés de complexation d’une famille de poly(éthers-couronne) vis-à-vis des ions sodium et potassium, 
- Une note montrant l’intérêt des poly(éthers-couronne) synthétisés comme perméabilisants membranaires
- Le dépôt d’un brevet d’application illustre l’impact des molécules développées dans la lutte contre le cancer et leur possible valorisation.
- Une communication sur la synthèse de glycopolymères par post-modification et l’étude de leur interaction avec des protéines. 
- Un article de conférence portant sur le développement de polymères pour la reconnaissance moléculaire (ions, protéines).