Ecole Doctorale

SCIENCES CHIMIQUES - Marseille

Spécialité

Sciences Chimiques

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

copolymer,conducteurs organiques,bactériennes,homopolymer,

Keywords

self-assembled monolayers,copolymer,conducting,homopolymer,bacterial,

Titre de thèse

synthèse de polymères conducteurs organiques pour lutter contre les infections bactériennes
synthesis of organic conductive polymers to struggle bacterial infections

Date

Mardi 3 Mai 2022 à 9:00

Adresse

163 Avenue de Luminy, 13009 Marseille Raymond Kern hall

Jury

Directeur de these M. Jean-Manuel RAIMUNDO Aix-Marseille Université
Examinateur Mme Françoise SEREIN-SPIRAU Institut Charles Gerhardt, Montpellier
Examinateur M. Jean-Michel BOLLA INSERM, Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Emmanuelle DE Université de Rouen
Rapporteur M. Hugues BRISSET Université de Toulon, SEATECH

Résumé de la thèse

Les infections bactériennes sont devenues aujourd'hui l'une des principales menaces pour la santé publique, la sécurité alimentaire et le développement. Il est urgent d'y remédier en développant des matériaux ou des stratégies pour limiter ou prévenir ces proliférations bactériennes et infections. La colonisation des surfaces par les biofilms a conduit la communauté scientifique à développer des matériaux anti-adhésion ou antibiofilm associés à des propriétés biocides. Les stratégies les plus classiques pour lutter contre les colonisations bactériennes sur les surfaces sont principalement basées sur l’utilisation d'agents perturbateurs des biofilms et d'inhibiteurs de l’adhésion ou de prolifération bactérienne. Parallèlement, des stratégies basées sur des surfaces antisalissure ou antibactériennes, agissant soit par effet de contact, soit par la libération continue ou retardée de substances bactéricides, ont été développées jusqu'à présent. En outre, les matériaux sensibles à l'électricité ont été considérés comme une alternative possible pour ces applications, car l'effet bioélectrique a démontré des capacités intéressantes dans les biofilms ondulants, mais ils sont encore sous-exploités jusqu'à récemment. Dans ce contexte, nous avons développé et étudié des revêtements sans biocides et respectueux de l'environnement pour empêcher l'adhésion des bactéries et tuer les bactéries adhérentes. Ces revêtements sont constitués de monocouches auto-assemblées à base de phosphonium sur des surfaces d'électrodes en titane ou en or qui peuvent être activées par l'application d'un faible courant électrique. Dans ces conditions, un fort effet biocide sur les souches Gram+/Gram- est clairement démontré par rapport aux surfaces non traitées, ouvrant la voie à de nouveaux matériaux antibactériens. De plus, comme les utilisations médicales nécessitent des revêtements polymères biocompatibles et flexibles, les polymères conducteurs possédant des propriétés électriques inhérentes sont d'un grand intérêt à ces fins. Nous avons donc synthétisé une série de phosphoniums à base de pyrrole qui ont été testés pour se présenter comme des surfaces antibactériennes. Des films minces d'homo- et de copolymères ont été obtenus par électropolymérisation et analysés en modifiant et en appliquant un ensemble de paramètres. Enfin, des phosphoniums hydrophiles ont été synthétisés et des études préliminaires ont mis en évidence leur utilisation potentielle comme nano-vecteurs pour l'administration de médicaments.

Thesis resume

Nowadays bacterial infections have become one of the major threats to public health, food safety and development that need to be urgently addressed by developing materials or strategies to limit or prevent these bacterial proliferations and biofilm infections. The awareness of surface colonization by biofilms has led the scientific community to develop materials with anti-adhesion or anti-biofilm associated to biocidal properties. The most predominant strategies to tackle bacterial colonizations on surfaces are mainly based on the development of biofilm disrupting agents and bacterial adhesion or proliferation inhibitors. Alternatively, strategies based on antifouling or antibacterial surfaces, acting either by contact effect or the continuous or delayed release of bactericidal substances have also been developed. Interestingly, electrical-responsive materials have been thought to be a possible alternative for such applications, as the bioelectric effect has demonstrated some interesting capabilities in disrupting biofilms but have been underexploited until very recently. Within this context, we have developed and studied biocide free and environmentally friendly coatings to impede bacterial adhesion and kill adhered bacteria made from self-assembled phosphonium-based monolayers on titanium or gold electrode surfaces that can be activated by the application of a weak electric current. Under these conditions, a strong biocidal effect on Gram+/Gram- strains is clearly demonstrated compared to untreated surfaces, paving the way to novel antibacterial materials. Furthermore, as medical uses require biocompatible and flexible polymeric coatings, conductive polymers possessing inherent electrical properties are of great interest for these purposes. Hence, we have synthesized a series of pyrrole-based phosphoniums that have been tested to report as antibacterial surfaces. Thin films of homo- and copolymers were obtained by electropolymerization and analyzed by changing and applying an array of parameters. Lastly, hydrophilic phosphoniums have been synthetized and preliminary studies have highlighted their potential use as nanocarriers for drug delivery.