2-2 Différentes propriétés physicochimiques

a- Poly(acide glycolique) (PGA)

Le PGA est le polyester le plus simple de la famille des poly(D- hydroxyacides) (tableau I-4). Il peut être synthétisé par POC du glycolide, une dilactone à base d’acide glycolique (figure I-18) en utilisant un sel d’étain ou de zinc comme catalyseur [241, 242]. Les principales caractéristiques du PGA sont résumées dans le tableau I-7.

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Tableau I-7. Les différentes caractéristiques des polyesters synthétiques (PGA, PLA, PCL et

leurs copoltmères) [153, 200, 243-246]

.

Polymères PGA PLLA PDLLA PCL PLGA PLCL

Tg (°C) 35-40 60-65 57-59 (-65)–(-60) 45-55 - Tm (°C) 225-230 173-178 - 60 - - Td (°C) - 200 185-200 - - 'H (xc = 100%) (J/g) 180-207 93 - 142 - Cristallinité (%) - 10-40 - - - - [α]25D dans le chloroforme - -155 0 0 - Elongation à la rupture (%) < 3 6 6 300-500 3-10 175-854 Résistance à la traction (MPa) 70 28-50 29-35 20,7 41,4-55,2 0,57-8,55 Module élastique (MPa) 6900 1200-2700 1900-2400 0,21-0,24 1,4-2,8 0,192-68,573 Angle de contact (°C) 61 75 - 95 71 - Energie de surface (mJ/m2) - 39 - 16 - - Densité (g/cm3) 1,50-1,69 1,25-1,29 1,27 1,06-1,13 1,3-1,4 -

Solubilité organiques solvants fluorés C6H6, C2H3N, CHCl3, dioxane, THF, … CHCl3, CH2Cl2, toluène CCl4, C6H6, C6H10O, … - - dn/dc (mL/g) à 25°C THF 0,057 - 0,050 0,072 - - CHCl3 - - 0,024 - - - Acétone - - 0,097 - - - Temps de dégradation (mois) 6-12 18-24 (50% dans 1-2 ans) 12-16 24 (50% dans 4 ans) 1-6 -

Le PGA a une Tm et une Tg relativement élevées. Il est hautement cristallin ce qui le rend insoluble dans la plupart des solvants organiques. Il est par contre soluble dans les solvants organiques fortement fluorés comme l’hexafluoroisopropanol [247]. Sa densité est plus élevée que celle du PLA. Il a également une grande résistance à la traction, une grande rigidité et une faible élongation à la rupture. Ces paramètres limitent l’utilisation du PGA en

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47 tant que fil de suture ou implant [248, 249]. En outre, sa vitesse de dégradation relativement élevée est inadaptée et peut causer un endommagement cellulaire par une baisse locale du pH. Cependant sa copolymérisation avec d’autres polyesters tels que le PLA et la PCL est une solution envisagée qui a apporté, avec succès, d’excellentes propriétés au PGA pour une meilleure utilisation dans les applications biomédicales [250].

b- Poly(acide lactique) (PLA)

Le PLA a fait l'objet d'importants travaux de recherche au cours des 40-50 dernières années. Il est couramment synthétisé à partir des α-hydroxyacides par polycondensation de l’acide lactique ou par POC du lactide (dimère cyclique) (figure I-18) [200]. En raison de la chiralité du carbone central, l'acide lactique a deux énantiomères. Leur homopolymérisation conduit à deux formes cristallines du PLA : le poly(L-acide lactique) (PLLA) et le poly(D-

acide lactique) (PDLA). Toutefois, le mélange synthétique des deux monomères isomères donne la forme amorphe du PLA, le poly(D,L-acide lactique) (PDLLA). En effet, ces trois

structures du PLA présentent différentes propriétés. Le PLLA et le PDLA sont des polymères semi-cristallins ayant des propriétés physicochimiques différentes de celles du PDLLA. Cette cristallinité leur confère de bonnes propriétés mécaniques (tableau I-7). Le PLA est amorphe à partir de 15/85 % du mélange D/L [251, 252]. Le PLA cristallin est soluble dans les solvants chlorés et le benzène à des températures élevées alors que le PDLLA est soluble dans la plupart des solvants organiques et n’est pas soluble dans les alcools et les hydrocarbures aliphatiques. Sa densité est de 1,27 g/mL [204].

Les propriétés mécaniques les plus importantes sont résumées dans le tableau I-7 [195]. La forme semi-cristalline du PLLA est utilisée pour des applications de support de charge tels que des dispositifs orthopédiques et des échafaudages de tissu dur étant donné qu’elle possède une résistance élevée à la traction et un faible allongement [253]. Par contre, le PDLLA a une résistance plus faible à la traction, un allongement élevé et un temps de dégradation beaucoup plus rapide qui le rend plus attrayant en tant que système de délivrance de médicaments.

Le PLA amorphe ou semi-cristallin est un polymère dur et cassant possédant une Tg importante. Le PLLA possède en plus une Tm importante (avec une petite dépendance de la masse molaire et le degré de cristallinité) (tableau I-7) [200]. De plus, la masse molaire du PLA, le taux de cristallinité et la microstructure des chaînes sont des paramètres qui lui confèrent une large gamme de propriétés (stabilité, dégradation, viscoélasticité, …), comme pour tous les polymères cités ci-dessus.

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c- Poly(ε-caprolactone) (PCL)

La PCL est un polyester semi-cristallin composé d’une unité de répétition d’acide 6- hydroxycaproïque, synthétisée par POC d’H-caprolactone (figure I-18) [254, 255]. Elle possède la plus petite valeur de Tm et de Tg par rapport aux autres polyesters synthétiques [249] et une Td élevée ce qui facilite sa mise en forme (tableau I-7). Elle est soluble dans le

chloroforme, le dichlorométhane, le tétrachlorure de carbone, le benzène, le toluène, la cyclohexanone et le 2-nitropropane à température ambiante. Elle est peu soluble dans l'acétone, la 2-butanone, l'acétate d'éthyle, le diméthylformamide et l'acétonitrile et elle est insoluble dans les alcools, l'éther de pétrole et l'éther diéthylique [247].

Elle possède des propriétés mécaniques qui indiquent qu’elle est assez résistante et ductile. En comparant ces propriétés à celles des PLA et PGA, la PCL présente une faible résistance à la traction, une faible rigidité et une très grande élongation à la rupture (~ 10 fois plus élevée). Bien qu’elle soit l’un des premiers polyesters biodégradables synthétisés dans les années 1930, son utilisation dans le domaine biomédical a été limitée. Ceci est dû à sa vitesse de dégradation par hydrolyse des liaisons esters trop lente et sa forte cristallinité [256]. Cette hydrophobie est expliquée par la longueur de la chaîne carbonée de la PCL. Elle a une faible interaction avec l’eau étant donné qu’elle a une valeur de l’angle de contact élevée et une faible tension de surface (tableau I-7) [162, 257].

d- Copolyesters

Un copolymère est formé à partir de deux monomères ou plus possédant généralement des propriétés différentes de celles de chaque homopolymère. Un copolymère amphiphile est caractérisé par son affinité à la fois hydrophile et lipophile (hydrophobe) dans un milieu aqueux. Comme évoqué ci-dessus, les propriétés des homopolyesters (dégradation rapide du PGA, hydrophobie et cristallinité élevées du PLA et PCL, …) limitent parfois leurs utilisations pour les applications souhaitées comme la libération contrôlée d’un médicament. Par contre, la synthèse de leurs copolymères amphiphiles ou bien le mélange physique de ces polyesters a amélioré leurs propriétés physicochimiques et leur temps de dégradation (tableau I-7) [249, 257, 258].

En particulier, les copolymères de PLA et PGA (poly(acide lactide-co-acide glycolide) PLGA) étaient les premiers à être commercialisés en tant qu’implants et fils de suture et pour l’encapsulation de médicaments. Bien que les deux homopolymères (PLA et PGA) aient tendance à être cristallins, leurs copolymères sont très amorphes. Cela est dû à l’irrégularité

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49 de la chaîne par la présence d'un second composant [259]. Leurs propriétés mécaniques sont proches de celles du PDLA et leur durée de dégradation est de l’ordre de plusieurs mois. Par exemple, le PLGA 50/50 (glycolide et DL-lactide) se dégrade plus rapidement que les homopolymères correspondants PLA et PGA (tableau I-7) [195, 199, 249, 260].

En outre, les copolymères, principalement à bloc, du lactide et d’H-caprolactone (PLCL) sont aussi couramment utilisés dans le but d’ajuster la ductilité et l’hydrophobie du PCL (tableau I-7). Ainsi, ces copolymères combinent à la fois la bonne dégradation par hydrolyse du PLA, à un temps plus court [261], et la bonne perméabilité et encapsulation du PCL aux principes actifs qui est de 104 fois plus élevée que celle du PLA [262].

Ainsi, le poly(acide lactide-co-E-acide malique) (PLMA) est ses dérivés sont de nouveaux matériaux biodégradables, biocompatibles et bioassimilables qui ont été synthétisés ces dernières années pour les utiliser en ingénierie tissulaire des tissus osseux et vasculaires. Les propriétés physicochimiques, l’hydrophilie/hydrophobie et la cinétique de dégradation du copolymère PLMA et ses dérivés sont adaptées par sa composition en PMLA. [235, 236, 263- 270].