Propriétés physiques d'hydrogels de gélatine réticulés par voie enzymatique

Les hydrogels sont constitués de réseaux élastiques de polymères hydrophiles qui emprisonnent une grande quantité d eau. La nature des liens, physique ou chimique, qui existent entre les chaînes du réseau définit en partie leurs propriétés mécaniques. Un enjeu actuel important pour les applications envisagées en médecine régénérative est le renforcement mécanique des gels qu on peut obtenir par mélange des deux types de liens afin de profiter des avantages de leurs réseaux respectifs. La gélatine, un biopolymère, est un bon système modèle pour répondre à cet objectif, car elle offre différentes voies de réticulation : physique, chimique et mixte. Cette thèse présente dans un premier temps une étude extensive de la formation d hydrogels chimiques de gélatine à l aide d une transglutaminase microbienne. Etonnamment ces gels sont turbides, contrairement aux gels physiques qui sont transparents. Nous avons mené une caractérisation détaillée de la cinétique de réticulation et de la turbidité dans ces systèmes et nous avons expliqué ce phénomène par un mécanisme d auto- mplification des inhomogénéités de concentration de polymères. Nous avons identifié les paramètres permettant de contrôler le niveau de turbidité et même de la supprimer en utilisant une gélatine plus chargée. Dans un deuxième temps, nous avons développé de façon contrôlée des systèmes mixtes transparents, où des liens chimiques et physiques sont introduits successivement. Nous avons montré que même une très faible quantité de liaisons covalentes permet d obtenir un gel mixte ultra-résistant à la coupure. Nous avons ainsi mis au point une gamme de systèmes modèles qui ouvrent de nombreuses perspectives pour étudier quantitativement la relation entre propriétés structurelles et mécanisme de renforcement mécanique des gels.Hydrogels are elastic networks of hydrophilic polymers which trap a large amount of water. The nature of the cross-links, physical or chemical, between the network chains, determines in part their mechanical properties. An important current challenge for the regenerative medicine applications is the mechanical toughening of gels which can be obtained by mixing both types of bonds in order to take advantage of their respective networks. Gelatin, a biopolymer, is a good model system to meet this objective, as it offers different crosslinking routes: physical, chemical and mixed. This thesis presents firstly an extensive study of chemically crosslinked gelatin hydrogels with a microbial transglutaminase. Surprisingly these gels are turbid unlike physical ones that are transparent. We conduct a detailed characterization of the reaction kinetics and turbidity in these systems and explain this phenomenon by a self-amplification mechanism of polymer concentration inhomogeneities. We identify the parameters which control the level of turbidity and are even able to suppress it with the use of a more charged gelatin. In a second step we have developed, in a controlled way, transparent mixed systems, where chemical and physical bonds are successively introduced. We show that even a very small amount of covalent bonds is sufficient to make a mixed gel ultra-resistant to cutting. Theses model systems offer many perspectives to study quantitatively the relationship between structural properties and toughening mechanism of gels.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF