Les dérivés du pullulane

Le pullulane peut être facilement modifié chimiquement afin d’améliorer ses propriétés. Ces modifications peuvent être des fonctionnalisations structurales en lui apportant des fonctions chimiques plus réactives que celles déjà présentes sur son squelette ou par greffage directe des groupements spécifiques (généralement hydrophobes). Le pullulane contient 9 fonctions hydroxyles par unité de répétition (maltotriose) qui se distinguent par leurs localisations sur l’unité AGU : OH-2, OH-3, OH-4 et OH-6 avec des proportions respectives de 3, 3, 1 et 2. Leurs réactivités sont différentes et dépendent de la polarité du solvant et des réactifs. Diverses réactions chimiques peuvent être réalisées sur le pullulane pour remplacer les groupes hydroxyle par d’autres groupes chimiques désirés63. Parmi ces réactions (Tableau A-3), on trouve l’éthérification, l’oxydation, l’estérification, la copolymérisation, la sulfatation, l’amidification notamment.

24 Tableau A-3 : Structures chimiques des principaux dérivés du pullulane

Type de réaction Structure chimique du dérivé obtenu Réf.

Oxydation P-COOH (oxydation d’OH-6) 75

Ouverture du cycle glycosidique (oxydation périodique) 76

Estérification P-O-CO-CH3 (acétylation) 77

P-O-CO-(CH2)2-14-CH3 (alkylation)^c 78

P-O-CO-CH2-Cl (chloroacétylation) 79

P-O-CO-CH2-CH2-COOH (succinylation) 80

PA-O-CO-CH2-CH2-CO-sulfadiméthoxine^a 81 P-O-CO-CH2-CH2-CO-cholestérol^b 82 P-abiétate 83 P-stéarate ⁸⁴ PA-folate^a 85 P-cinnamate 86 P-biotine 87 P-O-SO2-CH3 ⁸⁸

Éthérification P-O-CH3 (perméthylation) 89

P-O-(CH2)2 ou 3-CH3 (alkylation) 90

P-O-CH2-COOH (carboxyméthylation) 91

P-O-(CH2)2 ou 3-CH2-NH3⁺ (cationisation) 92

P-O-CH2-CH2-CN (cyanoéthylation) 93

P-O-(CH2)1➔4-Cl (chloroalkylation) 79

P-O-CH2-CH2-(S=O)-CH3 (sulfinyléthylation) ⁹⁴

P-O-CH2-CH2-CH2-SO3Na 95

P-O-CH2-CH2-N(CH2CH3)2 ⁹⁶

P-O-CH2-CH2-N⁺(CH2CH3)2-CH2-CH2-N(CH2CH3)2 ⁹⁶

Dérivés uréthane P-O-CO-NH-CH2-CH(OH)-CH3

P-O-CO-NH-CH2-CH2-NH3⁺

97

P-O-CO-NH-R (R = phényle ou héxyle) 98

P-O-CO-NH-phenyl 99

Dérivé uréthane /amidification

P-O-CO-NH-(CH2)6-NH-CO-cholesterol 100

Chlorination P-CH2-Cl (substitution nucléophile d’OH-6) 101

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Azido-pullulane P-CH2-N2 ¹⁰¹

CMP / hydrazone^c P-O-CH2-CO-NH-doxorubicin 103

P-O-CH2-CO-NH-anticorps 104

CMP / amidification^c P-O-CH2-CO-NH-CH2-(CH2)14-CH3 ¹⁰⁵

P-O-CH2-CO-aminogaïacol 4

a Les modifications ont été réalisées sur OH libres de l’acétate de pullulane (PA)

b Les modifications ont été réalisées sur les OH libres du succinate de pullulane

c Les modifications ont été réalisées sur les COOH du carboxyméthylpullulane (CMP)

Pour les réactions de carbonylation, d’oxydation ou de succinylation, Bruneel et Schacht ont prouvé que la fonction OH-6 (alcool primaire) est la plus réactive et ces modifications se déroulent majoritairement sur la position 6^76,80,97. Tandis que pour les réactions de carboxyméthylation, la fonction OH-2 est la plus réactive vue qu’elle est la plus proche de l’oxygène de l’unité AGU ce qui rend le proton de la fonction OH-2 plus labile suite à l’effet inductif donneur (+I) de l’oxygène. Toutes ces modifications sont réalisées dans le but d’améliorer les propriétés du pullulane et chaque dérivé obtenu possède des propriétés physico-chimiques spécifiques.

Un nombre très vaste de dérivés du pullulane existe dans la littérature Nous nous intéresserons ici plus particulièrement au dérivé carboxyméthylpullulane (CMP) qui nous permettra de décliner notre approche sur un polysaccharide anionique modèle. Nous présenterons également les principales modifications conduisant aux dérivés amphiphiles du CMP.

I.2.2.3.1. Le carboxyméthylpullulane (CMP)

Durant nos travaux, nous avons choisi de prendre le CMP comme polysaccharide anionique modèle puisqu’il est obtenu à partir du pullulane, notre polysaccharide neutre modèle. Ainsi, nous allons pouvoir comparer l’influence de la présence de charges sur les comportements de nos produits greffés. D’autre part, notre laboratoire possède une grande expertise dans la synthèse du CMP ainsi que dans les différentes modifications chimiques possibles de ce dernier5,105,106.

La carboxyméthylation est de loin la réaction de fonctionnalisation structurale la plus effectuée sur les polysaccharides neutres pour apporter plus de réactivité au squelette du polysaccharide et/ou pour favoriser leur hydrosolubilité. La réaction s’opère généralement en milieu eau/isopropanol alcalin. Les fonctions hydroxyle sont activées et transformées en

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alcoolate par l’action d’une base permettant leurs substitutions nucléophiles par l'acide monochloroacétique avec un départ de HCl (-OH est remplacé par -OCH2COO^-Na⁺) (Figure A-3).

Figure A-3 : Réaction de synthèse du Carboxyméthylpullulane

En général, lorsque cette réaction est réalisée en une seule étape, on peut obtenir un DS maximal de 100% . Pour obtenir des DS plus élevés, la procédure doit être effectuée en plusieurs fois. Glinel et al.¹⁰⁷ ont réussi à obtenir des CMP avec des DS entre 60 et 120%. Une hydrolyse acide des CMP obtenus a été ensuite réalisée pour déterminer le DS et la distribution des groupements carboxyméthyle aux positions OH-2, OH-3, OH-4 et OH-6 de l’anhydroglucose par RMN ¹H. Les résultats obtenus ont révélé que la substitution d’OH-2 est prédominante et diminue selon l’ordre OH-2 > OH-3 > OH-6 > OH-4. En tenant compte des proportions des fonctions hydroxyle dans l’unité maltotriose du pullulane, l’ordre de réactivité des fonctions OH vis-à-vis la réaction de carboxyméthylation devient OH-2 > OH-4 > OH-6 > OH-3.

I.2.2.3.2. Principales modifications chimiques hydrophobes du CMP Au sein de notre laboratoire, plusieurs études ont été menées afin de comprendre le comportement amphiphile des solutions aqueuses des CMP modifiés avec des groupements hydrophobes^{4,6,7,78,96,105}. Les propriétés épaississantes du pullulane peuvent être améliorées par le greffage des chaînes alkyle sur le CMP. Pour ceci, des faibles quantités d’hexadécylamine (C16-NH2) ont été greffées sur le CMP via une réaction d’amidification en utilisant le DCC (activateur classique de type carbodiimide) dans un mélange de solvant DMSO/Chloroforme (CHCl3). Différents DS ont été obtenus allant de 1,3 jusqu’à 6,8%. En régime dilué, une compacification de la pelote statistique et une apparition d’agrégats suite aux interactions hydrophobes intra et intermoléculaires entre les motifs d’hexadécylamine des dérivés obtenus ont été observées. En raison du caractère polyélectrolyte des dérivés, l’addition de NaCl induit un écrantage des répulsions électrostatiques favorisant l’associations des groupes hydrophobes et conduisant à une diminution de la viscosité suite à la formation d’agrégats collapsés105. Les

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propriétés de séquestration de principes actifs (plutôt hydrophobes) de tels dérivés ont également été examinées pour une application dans le domaine pharmaceutique. Pour ceci, le CMP a été greffé avec différentes quantités de chaînes alkyle de longueur différente allant de C8 jusqu’à C16. Les systèmes obtenus ont démontré une grande capacité à séquestrer des molécules hydrophobes au sein des micro-domaines hydrophobes associés même avec un faible DS de chaînes alkyle. À titre d’exemple, le CMP amphiphile modifié avec un C8 a été testé in vitro avec le docétaxel montrant une bonne solubilisation de ce dernier⁷⁸. Les résultats ont montré que l’efficacité du docétaxel sur les cellules tumorales est équivalente pour le système CMP-C8-docétaxel que pour le système commercial contenant l’actif en solution eau/alcool/Tween80^®. Autre résultat important, la cytotoxicité du système CMP-C8-docétaxel sur des cellules saines s’est révélée moins importante qu’avec le système commercial108.

D’autres études ont été aussi réalisées par Glinel et al.6 à partir d’une réaction de couplage entre le CMP et deux perfluoroalkylamines (C7F15CH2NH2 et C8F17CH2CH2NH2) via une réaction d’amidification dans le DMSO en utilisant le DCC comme agent de couplage avec le catalyseur DMAP. Ils ont obtenu des DS de 4,5 et 4,8% de perfluoroalkylamine /AGU avec une efficacité de réaction de 56 et 60% respectivement. Concernant le comportement des dérivés obtenus en solution aqueuse en régime dilué, ils ont montré que les associations hydrophobes augmentent avec la longueur du greffon hydrophobe formant des agrégats intermoléculaires avec une conformation plus compacte que celle du précurseur. Quant aux propriétés de ces dérivés, comme mentionné par Shingel⁶³, ce type de polysaccharides modifiés a la capacité de transporter le dioxygène comme les polymères perfluorés et peuvent ainsi substituer le plasma sanguin vue leur biocompatibilité.

Récemment, Kouassi et al. ont réussi à incorporer une molécule hydrophobe de type phénolique l’aminogaïacol (NH2Ga) sur le squelette du CMP avec des taux compris entre 16 et 58% en changeant les rapports de départ entre l’aminogaïacol et le motif AGU du CMP précurseur⁴. Ils se sont basés sur une réaction d’amidification en solution aqueuse à pH=4.5 en employant le 1-éthyl-3-(3-diméthylaminopropyl)carbodiimide (EDC) comme agent activateur à température ambiante pendant 24h. Les propriétés physico-chimiques des dérivés obtenus (CMP-Ga) ont été étudiées en régime dilué et semi-dilué par chromatographie d’exclusion stérique couplée diffusion de la lumière et viscosimètrie (SEC/MALLS/Visco), spectroscopie de fluorescence et rhéologie montrant des propriétés associatives attribuées aux interactions hydrophobes intra et intermoléculaires entre les motifs greffés de NH2Ga. Un comportement de type polysavon a été obtenu pour le dérivé le plus greffé. Leurs propriétés antibactériennes face

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à la bactérie Staphyloccocus aureus et leurs propriétés antioxydantes face au radical DPPH ont été mis en évidence. Ils se sont avérés être également biocompatibles vis-à-vis des cellules fibroblastes L929.

Dans le cas du CMP, de tels comportements associatifs ont été aussi observés dans d’autres études parmi lesquelles on peut citer celles de Dulong et al.5,8, Legros et al.^7,109 et Guyomard et al.¹¹⁰.

I.2.2.3.3 Principales modifications chimiques hydrophobes du