Microfluidic-assisted self-assembly of biocompatible polymersomes : size control, drug-loading and self-assembly mechanism - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2023

Microfluidic-assisted self-assembly of biocompatible polymersomes : size control, drug-loading and self-assembly mechanism

Auto-assemblage assisté par microfluidique de polymersomes biocompatibles : contrôle de la taille, encapsulation de principe actif et mécanisme d’auto-assemblage

Anouk Martin
  • Function : Author
  • PersonId : 1290308
  • IdRef : 272394793

Abstract

This thesis is dedicated to the production of polymersomes for drug delivery applications, formulated by microfluidic-assisted self-assembly of amphiphilic PEG-b-PTMC copolymers. The microfluidic method was chosen in order to obtain polymersomes with a controlled size distribution and high reproducibility. Polymersomes are formulated in an aqueous solvent with controlled osmolarity, mimicking physiological conditions, allowing them to be directly usable during in vitro / in vivo experiments. The variation of the copolymer concentration as well as that of the total flow rate in the microfluidic chip highlighted the impact of these parameters on the diameter of the obtained polymersomes. It was therefore possible to obtain polymersomes of controlled size between 76 and 224 nm with low dispersity. Subsequently, the encapsulation of 3 model molecules, Ganciclovir, Doxorubicin HCL and Coumarin 6 was studied. The passive encapsulation of these 3 molecules showed low encapsulation efficiencies. The hypothesis according to which the membrane thickness of the polymersome was not thick enough to retain the molecules was studied by the use of a copolymer of higher molar mass. The encapsulation efficiency was not significantly improved in this case. Active encapsulation of Ganciclovir by ion gradient or pH gradient resulted in destabilization of the vesicles and was not further investigated. The self-assembly mechanism of the vesicle copolymer was then studied in order to better understand these low encapsulation rates. Self-assembly was first studied by observation under a confocal microscope revealing a very interesting phenomenon of coacervation of copolymers and budding from their surface. A microfluidic co-flow system allowing monitoring of structures formed under flow in a synchrotron environment was then developed with the aim of describing the formulation path of polymersomes by small-angle X-ray scattering (SAXS).
Cette thèse est consacrée à la production de polymersomes pour des applications de délivrance de principes actifs, formulés par auto-assemblage assisté par microfluidique de copolymères amphiphiles PEG-b-PTMC. Le procédé microfluidique a été choisi dans le but d’obtenir des polymersomes avec une distribution de taille contrôlée et une grande reproductibilité. Les polymersomes sont formulés dans un solvant aqueux à osmolarité contrôlée, mimant les conditions physiologiques, leur permettant d’être directement utilisables lors d’expériences in vitro / in vivo. La variation de la concentration en copolymère ainsi que celle du débit total en puce microfluidique ont permis de mettre en avant l’impact de ces paramètres sur la taille des polymersomes obtenus. Il a donc été possible d’obtenir des polymersomes de taille contrôlée entre 76 et 224nm avec une faible dispersité. Par la suite, l’encapsulation de 3 molécules modèles, Ganciclovir, Doxorubicine HCL et Coumarine 6 a été étudiée. L’encapsulation passive de ces 3 molécules a montré de faibles efficacités d’encapsulation. L’hypothèse selon laquelle l’épaisseur de membrane du polymersome n’était pas assez importante pour retenir les molécules a été étudiée par l’utilisation d’un copolymère de masse molaire plus élevée. L’efficacité d’encapsulation n’a pas été significativement améliorée dans ce cas. L’encapsulation active du Ganciclovir par gradient ionique ou gradient de pH a engendré la déstabilisation des vésicules et n’a pas été approfondie. Le mécanisme d’auto-assemblage du copolymère en vésicule a ensuite été étudié dans le but de mieux comprendre ces faibles taux d’encapsulation. L’auto-assemblage a d’abord été étudié par une observation au microscope confocal révélant un phénomène très intéressant de coacervation des copolymères et de bourgeonnement à partir de leur surface. Un système de co-flow microfluidique permettant un suivi des structures formées sous écoulement dans un environnement synchrotron a ensuite été développé dans le but de décrire le chemin de formulation des polymersomes par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS).

Domains

Polymers
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04228597 , version 1 (04-10-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04228597 , version 1

Cite

Anouk Martin. Microfluidic-assisted self-assembly of biocompatible polymersomes : size control, drug-loading and self-assembly mechanism. Polymers. Université de Bordeaux, 2023. English. ⟨NNT : 2023BORD0174⟩. ⟨tel-04228597⟩
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