Matériaux

II.1.2.1 Collagène

Le collagène de type I (Collagen I, Rat tail) est fourni par la compagnie Corning. Il est issu de l’extraction acide du tendon de queue de rat. Dans les solutions stock fournies, le collagène est dispersé dans une phase continue d’acide acétique à 20 mM. Ces solutions sont stockées à 4°C.

L’observation de la solution stock par microscopie optique a révélé la présence d’agrégats de collagène. Par microscopie optique, on distingue deux types d’agrégats : on observe de rares agrégats plutôt fibrillaires de taille importante (Figure II. 2) et des agrégats à l’apparence de cristaux (Figure II. 3) qui seraient d’après le fournisseur, du collagène ayant subi par les conditions environnantes des cycles de congélation et décongélation. Des molécules à l’état de monomères et d’oligomères ont déjà été détectées par analyse chromatographique.82

Figure II. 2 : Des agrégats fibrillaires de collagène contenus dans la solution stock. La barre d'échelle correspond à 20 µm.

Figure II. 3 : Agrégats de collagène ayant subi des cycles de congélation/décongélation. La barre d’échelle correspond à 20 µm.

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Pour rendre compte de la polydispersité de la dispersion colloïdale, une mesure granulométrique basée sur la diffraction laser a été réalisée à l’aide du Mastersizer. Les densités en volume et en nombre en fonction de la classe granulométrique d’une dispersion de collagène diluée dans 20 mM d’acide acétique sont reportées à la Figure II. 4. D’après les mesures de diffraction, la distribution en taille des agrégats contenus dans la dispersion stock est relativement large. Elle varie de la dizaine à plusieurs centaines de µm. La polydispersité de la dispersion colloïdale résulte d’une hydrolyse incomplète du collagène lors de son extraction de la matrice biologique. La taille de ces agrégats s’est avérée être critique au cours de l’extrusion de la solution de collagène. En effet, ces particules obstruent le capillaire de l’injecteur. Par conséquent, nous décidons de soustraire ces agrégats de la suspension stock de collagène par filtration. Nous choisissons de procéder par gravité à l’aide de tamis cellulaires en nylon de porosité 5 µm. Après filtration de la solution stock de collagène, le jet constitué d’un cœur de collagène n’est dorénavant plus interrompu par ces agrégats.

Figure II. 4 : Distribution en taille des agrégats de collagène dans la solution stock. (a) densité en volume et (b) densité en nombre en fonction de la classe granulométrique. Quatre mesures ont été réalisées.

La solution neutre de collagène est préparée à une concentration de 2 mg.mL-1 par dilution de la solution stock de collagène avec soit du milieu de culture Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM, Sigma) soit du tampon phosphate salin (PBS, Sigma), de l’eau MilliQ et par l’ajout de l’hydroxyde de sodium pour ajuster le pH du milieu à un pH physiologique entre 7,3 et 7,4. Nous avons choisi d’une part d’utiliser un milieu de culture couramment utilisé pour la culture de cellules de mammifères (milieu DMEM) pour

0 2 4 6 8 10 12 14 1 10 100 1000 10⁴ De n s it é e n v o lu m iq u e ( % ) Taille (µm) 0 5 10 15 20 25 1 10 100 1000 10⁴ De n s it é e n n o m b re ( % ) Taille (µm)

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assurer un milieu physiologique et nutritif idéal aux cellules à encapsuler et d’autre part pour permettre la gélification du collagène une fois les capsules formées.

II.1.2.2 Alginate

Deux types d’alginate de sodium sont utilisés, la PROTANAL LF200 FTS et la PROTANAL LF 10/60. Elles sont fournies par la compagnie FMC Biopolymer. Tous deux ont un grade pharmaceutique.

Au cours de sa thèse, par des mesures de diffusion statique de la lumière à différents angles, Rolland80 a pu déterminer la masse molaire moyenne et le rayon de gyration moyen de la PROTANAL LF 200FTS : - La masse molaire moyenne : Mw = 150.103 g.mol-1

- Le rayon de gyration moyen : Rg = 90 nm

Ces grandeurs sont données en termes de moyennes puisque le polymère est distribué en taille.

Comme nous l’avions mentionné précédemment au chapitre I, il s’agit d’un polysaccharide issu des algues brunes. Chimiquement, l’alginate est un copolymère linéaire constitué de blocs (1,4) -β-D-mannuronate (M) et α-L-guluronate (G) (Figure II. 5). Les blocs sont composés de résidus consécutifs G, de résidus consécutifs M et de résidus alternatifs G-M. La composition du polymère en termes de ratio des blocs G/M, la longueur des blocs G, son poids moléculaire sont autant de facteurs qui influencent les propriétés physiques du polymère en solution et de son hydrogel qui en résulte.30

Figure II. 5 : Structure chimique de l’alginate. (a) Conformations des monomères (unités élémentaires) qui composent le polymère. (b) réarrangement des blocs linéaires du polymère. Image issue de Juajrez et al.83

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Transition sol-gel

La transition sol-gel de l’alginate implique exclusivement les blocs G du polymère dans la réticulation des chaînes avec les ions divalents. Le modèle de la boîte à œuf décrit la configuration dans laquelle les chaînes des blocs G sont réticulées en présence de cations divalents. Ces réticulations sont permises par la présence des interactions électrostatiques entre les groupements carboxyliques chargés négativement et les charges positives des ions divalents. L’ion divalent le plus couramment utilisé est l’ion calcium (Ca2+) (Figure II. 6). Cependant d’autres cations divalents favorisent cette transition sol-gel tels que le baryum Ba2+et le cuivre Cu2+. Ainsi, ce type de liaison classe l’hydrogel d’alginate dans la catégorie des hydrogels physiques. Ces types de gels sont réversibles et l’utilisation de molécules chélatantes de l’ion divalent telles que l'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) permet de repasser à l’état de solution.

Figure II. 6 : Modèle de boîte à œuf. (a) Un cation calcium a recours à quatre unités G pour la réticulation des chaînes du polymère. (b) L’emboîtement des chaînes autour de l’ion et l’association latérale des chaînes permettent la formation du gel. Image issue de.84

II.1.2.3 Hydroxyéthylcellulose (HEC) et polyéthylène glycol (PEG)

Le 2-hydroxyethylcellulose est un polysaccharide. La masse molaire de la HEC utilisée est de Mw = 1,3.106

g.mol-1. Sa structure chimique est illustrée à la Figure II. 7.

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Le PEG utilisé a une masse molaire de 20 000 Mw = 2.104 g.mol-1. Les deux polymères sont fournis par Sigma.