Projet ANR-11-JS08-0005 – BioPolyPEG : Polymères PEGylants et biodégradables : application à la synthèse de nanoparticules et de bioconjugués
Programme : JCJC - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (JCJC SIMI 8)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Julien NICOLAS (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR SUD)
Partenaires : Institut Galien Paris Sud
Montant : 170040.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Nouveaux polymères biodégradablesSynthèse de nouveaux polymères biodégradables par polymérisation radicalaire contrôlée ; application à la synthèse de nanoparticules et de composés bioconjugués
Synthèse, biodégradabilité et utilisation de nouveaux matériaux polymèreDans le domaine des biomatériaux, les polymères synthétiques biodégradables se trouvent principalement limités à deux catégories que sont les polyesters et les poly(cyanoacrylate d’alkyle). L’objectif de ce projet est d’élargir la gamme actuellement limitée de polymères synthétiques biodégradables à visée biomédicale, au moyen de la polymérisation radicalaire contrôlée/vivante.
Copolymérisation radicalaire contrôlée pour l’insertion de monomère biodégradablesPour satisfaire les objectifs de ce projet, l’idée est de combiner la polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP) avec la possibilité de copolymériser, via un mécanisme de polymérisation radicalaire par ouverture de cycle (rROP), des monomères de type acétal de cétène cyclique (CKA), qui sont des précurseurs de fonctions biodégradables. Dans ce cas, la rROP présente à la fois les avantages de la polymérisation par ouverture de cycle et de la polymérisation radicalaire.
Résumé de la soumission : Dans le domaine des biomatériaux, les polymères synthétiques biodégradables se trouvent principalement limités à deux catégories que sont les polyesters (polycaprolactones, polylactides, polyglycolides et leurs copolymères) et les poly(cyanoacrylate d’alkyle). Bien qu’ils représentent des biomatériaux de grande importance, de nombreux inconvénients et limitations viennent entacher la synthèse de polymères complexes et fonctionnalisés. Dans cet esprit, l’objectif de ce projet est d’élargir la gamme actuellement limitée de polymères synthétiques biodégradables à visée biomédicale, au moyen de la polymérisation radicalaire contrôlée/vivante. L’idée est de combiner avantageusement la polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxides (NMP) avec la possibilité de copolymériser, via un mécanisme de polymérisation radicalaire par ouverture de cycle (rROP), des monomères de type acétal de cétène cyclique (CKA), qui sont des précurseurs de fonctions biodégradables. Dans ce cas, la rROP présente à la fois les avantages de la polymérisation par ouverture de cycle et de la polymérisation radicalaire, et permet donc de synthétiser par voie radicalaire de polymères biodégradables comprenant des fonctions ester au sein du squelette polymère. La NMP a été choisie pour ses nombreux atouts tels que sa capacité à contrôler aisément la polymérisation de nombreux monomères, sa non-toxicité et sa flexibilité vis-à-vis de l’insertion de groupes fonctionnels. Nous proposons tout d’abord de synthétiser trois familles de monomères CKA : (i) hydrophobe, (ii) hydrophile et (iii) hydrophile + fonctionnalisable, capables de polymériser uniquement par rROP. Par copolymérisation des monomères CKA avec des macromonomères à base PEG (acrylate ou methacrylate), nous allons concevoir de nouveaux polymères PEGylants, biodégradables et non-cytotoxiques. Ces derniers seront utilisés pour la synthèse de nanoparticules de copolymères amphiphiles et de composés bioconjugués (i.e., PEGylation de protéines). Grâce au procédé de polymérisation employé, ces biomatériaux présenteront des structures macromoléculaires bien définies, un caractère biodégradable et des groupements fonctionnels utilisables pour le couplage de biomolécules d’intérêt. Ceci sera appliqué à  l’insertion de fonctions azide ou alcène, utilisées lors de réactions de "click chemistry" avec des biomolécules modèles. Ce projet pourrait ouvrir la voie à une nouvelle famille de biopolymères synthétiques biodégradables et fonctionnalisés.
Résultats : Toute une gamme de copolymères à base de PEG a été synthétisée par copolymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes, présentant des unités monomère biodégradables de différentes natures au sein de la chaîne macromoléculaire. Ces copolymères sont bien définis et de masses molaires prédictibles et contrôlées. Grâce à l’incorporation d’unités monomère hydrolysables, l’hydrolyse de ces copolymères a conduit à une diminution de l’ordre de 70-90% de leurs masses molaires.
Perspectives : Nous cherchons actuellement à synthétiser des copolymères biodégradables fonctionnalisés afin d’effectuer des réactions de couplage avec des macromolécules biologiquement actives (peptides, protéines etc).
Publications et brevets : 1.Biodegradable PEG-Based Copolymers by Nitroxide-Mediated Radical Ring-Opening Polymerization. Vianney Delplace, Antoine Tardy, Simon Harrisson, Simona Mura, Yohann Guillaneuf, Didier Gigmes, Julien Nicolas, soumise
Cette publication rassemble l’ensemble des résultats obtenus et décris précédemment 
2.Nitroxide-Mediated Radical Ring Opening Polymerization of Cyclic Ketene Acetals. Antoine Tardy, Vianney Delplace, Didier Siri, Catherine Lefay, Simon Harrisson, Bruna de Fatima Albergaria Pereira, Laurence Charles, Didier Gigmes, Julien Nicolas, Yohann Guillaneuf, submitted
Cette étude concerne l'homopolymérisation de monomères biodegradables par NMP