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Entretien avec…Julien Nicolas (Institut Galien Paris-Sud)

 

Nouvelles stratégies biomédicales : la piste des polymères vinyliques dégradables

 

robertguyot

Les polymères vinyliques seront-ils un jour une source importante d'innovation dans le domaine biomédical ? C’est la réflexion menée par Julien Nicolas de l’Institut Galien Paris-Sud dirigé par Elias Fattal (CNRS/Université Paris-Sud) et Vianney Delplace, chercheur postdoctoral à l’Université de Toronto, dans un article de revue faisant la une de Nature Chemistry.

Les polymères vinyliques sont obtenus par polymérisation en chaîne (radicalaire, ionique ou par un mécanisme de coordination) et ceux synthétisés par la voie radicalaire représentent aujourd’hui la moitié des polymères synthétiques produits dans le monde (environ 150 Mt). Emballage, bâtiment, travaux publics… les domaines d’application sont vastes. L’atout de ces matériaux peut néanmoins être dans certains cas la cause de problèmes environnementaux : leur grande résistance qui rend difficile leur dégradation !

Et si la dégradation de ces polymères est un champ de recherche à part entière, la problématique appliquée au biomédical est d’autant plus importante que des problèmes de toxicité peuvent se poser. Julien Nicolas et Vianney Delplace décrivent et analysent les méthodes les plus prometteuses permettant de conduire à une dégradation des polymères vinyliques, en portant une attention particulière aux matériaux pouvant être utilisés à des fins biomédicales.

 

Pourquoi utiliser des polymères vinyliques pour des applications biomédicales ? Quels sont les enjeux et les limites ?


Julien Nicolas : Depuis quelques dizaines d’années, les méthodes de synthèse des polymères vinyliques se sont grandement améliorées : des conditions de polymérisations aisées se couplent à une très grande maîtrise des caractéristiques du matériau final. Nous pouvons aujourd’hui concevoir des architectures vinyliques complexes et fonctionnalisées quasiment sur-mesure et ce relativement simplement. Ce n’est pas le cas pour les polymères (bio)dégradables traditionnels, dont les plus étudiés sont les polyesters et les polypeptides. Ces derniers sont généralement obtenus dans des conditions de synthèse contraignantes, aboutissent à des architectures limitée, moins complexes et restent difficilement fonctionnalisables.
Les polymères vinyliques peuvent offrir un accès à des matériaux plus sophistiqués, plus performants et dotés de nouvelles fonctionnalités. Des matériaux vinyliques destinés à des applications biomédicales existent : la plus emblématique est certainement leur utilisation sous la forme de systèmes particulaires (comme les nanoparticules, les micelles et les polymersomes) pour la délivrance de principes actifs, le diagnostic ou encore l’imagerie. La flexibilité de ces matériaux en termes de structures, de compositions et de fonctions permet de concevoir des systèmes extrêmement prometteurs, capables par exemple de libérer leur contenu sous l’influence d’un stimulus ou encore de jouer un rôle à la fois thérapeutique et diagnostique (appelé théranostique).
Cependant, la question de la dégradabilité des matériaux vinyliques constitue non seulement un défi technique de taille pour la recherche, mais peut également s’avérer rédhibitoire pour certaines applications. En effet, appliqués au vivant, des systèmes non-dégradables peuvent induire de la toxicité, car ils sont ne sont pas éliminés ou métabolisés par l’organisme. Parvenir à rendre les polymères vinyliques dégradables (tout en conduisant à des produits de dégradation non-toxiques) est donc un enjeu majeur et représente en quelque sorte le chaînon manquant entre la conception de matériaux vinyliques innovants et les exigences des applications biomédicales.


Quelles sont les stratégies prometteuses dans ce domaine ?


Julien Nicolas : Les stratégies les plus prometteuses en vue d’applications biomédicales sont assez peu nombreuses. Par exemple, une méthode efficace développée par l’équipe de Jindřich Kopeček consiste à coupler de petites séquences peptidiques biodégradables entre des chaînes vinyliques créant ainsi un copolymère multi-segmentable. Le laboratoire de Jean Fréchet a quant à lui opté pour une stratégie basée sur la réticulation de chaînes de polymères au moyen d’agents de réticulation dégradables. Par ailleurs, Robert Jérôme, James L. Hedrick et Craig J. Hawker ont montré que l’utilisation conjointe d’une méthode de polymérisation de monomères vinyliques et d’une méthode de synthèse de polyesters représente une option intéressante pour concevoir des matériaux partiellement dégradables. Quant à la polymérisation radicalaire par ouverture de cycle développée par William J. Bailey au début des années 80, elle permet de concevoir des polymères structurellement proches des polyesters conventionnels et connaît à l’heure actuelle un renouveau fulgurant. Enfin, j’aimerais mentionner un polymère à la fois non-toxique et naturellement biodégradable : le poly(cyanoacrylate d’alkyle). Originellement utilisé en tant que colle chirurgicale, il est également utilisé sous forme de nanoparticules pour la libération de principes actifs, grâce aux travaux pionniers réalisés par l’équipe de Patrick Couvreur. Des essais cliniques sont actuellement en phase III pour leur utilisation comme traitement contre le cancer primitif du foie sous la dénomination de Livatag®.


3. Quelle est votre vision du domaine et comment voyez-vous les développements futurs ?


Julien Nicolas : De nombreux systèmes macromoléculaires à vocation biomédicale ont été développés mais malheureusement la plupart d’entre eux n’a jamais franchi les portes des laboratoires de recherche, la faute peut-être à des caractéristiques non adaptées en termes de (bio)dégradabilité, de toxicité, etc. Pour dépasser ce stade, il est nécessaire d’avoir une approche pluridisciplinaire en faisant travailler ensemble des chimistes, des physico-chimistes, des pharmaciens, des biologistes, et pourquoi pas des médecins.

Il est également crucial de continuer à développer des recherches en amont car l’arsenal de matériaux disponibles reste encore relativement restreint (polyesters, polypeptides, poly(cyanoacrylate d’alkyle)), et les techniques de synthèse et de modification de ces polymères sont encore très limitées. On pourrait par exemple envisager le développement de nouveaux systèmes de polymérisation capables d’introduire à façon des groupements labiles au sein de la chaîne polymère qui pourraient être clivables dans des conditions bien spécifiques de pH, de température, etc. La dégradabilité doit également être obtenue dans des conditions qui miment le contexte biologique et sur une échelle de temps compatible avec l’application envisagée, et les produits de dégradation doivent être également non-toxiques; aspects qui sont à l’heure actuelle encore peu étudiés.

 

Référence

Vianney Delplace & Julien Nicolas

Degradable vinyl polymers for biomedical applications

Nature Chemistry 22 septembre 2015

doi:10.1038/nchem.2343

 

Contact

Julien Nicolas, Institut Galien Paris-Sud, Chatenay-Malabry
Courriel : julien.nicolas@u-psud.fr

Twitter : @julnicolas


Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

9 octobre 2015

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