Septembre 1998 - n°30
L'équipe du Professeur Domard du laboratoire d'Etude des Matériaux Plastiques et des Biomatériaux
Le laboratoire d'étude des Matériaux Plastiques et des Biomatériaux est dirigé par le Professeur Bernard Chabert, Professeur à l'Université Claude Bernard. Cette unité de recherche est un laboratoire universitaire et CNRS. Il appartient à l'unité mixte de recherche (UMR) n 5627 : "Relations Structure-Propriétés des Polymères à l'Etat Solide". Le Professeur Alain Domard fait partie de cette unité, son équipe travaille principalement sur un polymère aux propriétés remarquables : le chitosane (voir schéma).
Le chitosane est un polysaccharide appartenant à la famille des glycosaminoglycanes (GAG). Il existe à l'état natif dans la paroi cellulaire de certaines bactéries et dans la paroi abdominale des reines de termites. De nos jours, il est produit industriellement par N-désacétylation de la chitine, elle-même obtenue par déminéralisation et déprotéinisation de carapaces de crustacés, et le plus souvent de crabes ou de crevettes.
Etude du chitosane à l'échelle moléculaire
* Etude de la formation d'un gel physique non thermoréversible à partir d'une solution de chitosane.
Cette étude repose sur la création de noeuds de réticulation physiques résultant soit de la modification chimique du polymère par augmentation de la proportion de résidus N-acétylés, soit en jouant uniquement sur la constante diélectrique du milieu. L'étude est menée en déterminant le point de gel par diffusion élastique de la lumière et rhéométrie, en reliant la transition à la structure chimique étudiée par spectrométrie IR ou RMN.
* Interaction des constituants essentiels de la matière vivante avec le chitosane.
L'étude de la structure chimique du chitosane ainsi que l'étude des interactions sur la mobilité moléculaire à l'état solide et en solution permet des interprétations de la bioactivité du chitosane. Ces études sont réalisées en utilisant des techniques spectroscopiques comme l'infra-rouge, des techniques de diffusion quasi-élastique de la lumière ainsi que des techniques de microscopie électronique (à balayage et à transmission) et de diffraction des rayons X.
* Interaction du chitosane avec les lipides.
Le lipide utilisé est un acide gras mono-insaturé, l'acide undécylénique. Cet acide a un pK et une longueur de chaîne permettant de former des sels de chitosane en solution, et d'étudier l'interaction entre le chitosane et sa forme agrégée. Les résultats obtenus lors de cette étude ont permis en outre de proposer une interprétation de certains comportements observés lors de l'étude de l'élicitation de propriétés biologiques obtenues en présence de chitosane.
* Mécanismes de diffusion au sein d'une phase dispersée où le chitosane est présent à l'état solide.
Les mécanismes de diffusion au sein d'un matériaux polymère dépendent de ses paramètres structuraux (structure chimique, organisation cristalline, morphologies, dimensions...) ainsi que des facteurs physiques et physico-chimiques de son environnement. Cette étude sur les mécanismes de diffusion ont permis de déterminer les conditions optimales de fixation des ions métalliques par le chitosane. Dans le cas de l'uranium, cela correspond à la fixation d'un atome de métal par résidu amine libre dans les domaines amorphes, soit environ 800 mg d'uranium par gramme de polymère. La constante de complexation peut être considérée comme infinie et la limite de fixation est purement structurale. Les résultats permettent de situer le chitosane comme le meilleur complexant de l'uranium connu à ce jour.
Etude du chitosane à l'échelle microscopique : étude de l'organisation cristalline du chitosane
L'organisation supramoléculaire naturelle du chitosane est très importante et proche de celle de certains cristaux liquides. Ainsi, il est intéressant d'étudier les possibilités de reproduire de tels édifices cristallins, en partant de solutions, et en jouant sur de nombreux paramètres physiques ou physico-chimiques. Des observations en lumière polarisée et en microscopie électronique à transmission ont montré que les oligomères de DP voisin de 50 cristallisent, dans des conditions classiques de pression et de température, sous la forme de sphérolites. Lorsque la masse molaire est augmentée, un comportement différent est observé, il peut être relié à une moins grande mobilité moléculaire. Dans ces conditions, il apparaît un état de transition à caractère nématique, dans lequel le système est fluide, et qui précède la stabilisation des solutions par séchage.
Etude du chitosane à l'échelle macroscopique : formation de gel de chitosane et interaction avec les milieux biologiques
En réacétylant le chitosane en milieu hydroalcoolique, on obtient un gel de chitine. Ce gel constitue après lavage, un édifice tridimensionnel remarquable dont les mailles très larges sont remplies par de l'eau (95%). Ce système est très intéressant pour des applications biomédicales et notamment la cicatrisation des tissus qu'ils soient mous ou osseux. Ils sont en effet quasi instantanément colonisés par le sang et s'apparentent alors à un caillot géant dans lequel les cellules peuvent se développer dans un espace à trois dimensions. Diverses expérimentations humaines dans le domaine dentaire ou dans le traitement des escarres permettent de mettre en évidence d'excellents résultats. Non seulement la cicatrisation a lieu sans problème inflammatoire secondaire, mais elle est très rapide. De plus l'aspect esthétique y sera généralement meilleur.
C. VOLAND