Mode de dépôt du chitosane sur substrat

Pour rappel, l’objectif du projet est de proposer un revêtement de chitosane. Dans ce contexte, la partie suivante décrit l’ensemble des techniques reportée de la littérature permettant de produire un film de chitosane.

IV.1 Dépôt de CS sous forme d’une monocouche ou d’une multicouche

sans agent de couplage

La voie de dépôt la plus facile à mettre en œuvre est la méthode dite de « solvant casting » qui consiste en l’évaporation de l’excès de solvant à température ambiante à partir d’une solution de chitosane déposée sur le substrat désiré [126].

Une autre solution est la méthode d’auto-assemblage couche par couche, qui est une technique largement employée dans la littérature. Elle est basée sur l’adsorption consécutive de polyanions et de polycations via des interactions électrostatiques. Comme le chitosane est un polymère polycationique, il est nécessaire d’utiliser des polyanions afin de former ces assemblages multicouches. Des systèmes

la cellulose, la pectine, la méthylcellulose, l’amidon, l’héparine, les alginates ou encore l’acide polylactique [95, 127]. Afin d’augmenter la stabilité de la multicouche sur une surface solide, il est envisageable de modifier l’un des polymères utilisés pour élaborer la multicouche. Dans l’étude de Zhang et al., les auteurs ont ainsi fonctionnalisé l’acide hyaluronique (AH) par la dopamine via la formation d’une liaison peptidique entre les deux composés. Ce dérivé d’AH est ainsi greffé de manière covalente à la surface de titane et sera suivi par le dépôt successif de chitosane et du dérivé d’acide hyaluronique, ainsi de suite jusqu’à obtenir l’épaisseur désirée. Les résultats ont prouvé une augmentation de la croissance des ostéoblastes en présence de ce revêtement [128]. Une autre solution pour améliorer l’adhérence du dépôt à la surface, consiste à activer le substrat avant dépôt des polysaccharides. Ce prétraitement consiste par exemple, en l’utilisation d’un polymère de type polyéthylénime pour amorcer le dépôt [129, 130].

Une autre solution peut être employée, dans le cas d’un revêtement épais, il s’agit du dépôt de multicouches par électrodéposition [131, 132]. Dans l’étude de Jiang et al., cette méthode permet de produire des surfaces de plusieurs microns, macroporeuses avec des tailles de pores allant de 50 à 200 μm, résistantes aux contraintes mécaniques et permettant l’augmentation de la prolifération des ostéoblastes (Figure I- 15) [132].

Figure I- 15 : Représentation schématique de l’électrodéposition du chitosane seul (A) et du mélange chitosane/gélatine (Jiang, 2010).

Enfin, une étude effectuée par Jun et al. a montré que l’élaboration d’un revêtement hybride de type sol-gel /chitosane sur substrat de titane permet d’induire une précipitation rapide d’apatite dans un milieu physiologique (SBF) et donc une biocompatibilité satisfaisante en présence d’ostéoblastes [133].

IV.2 Utilisation d’un agent de couplage

IV.2.1 Greffage via des groupements catéchol

Une des méthodes couramment utilisée pour greffer de manière covalente le chitosane et d’autres biomolécules sur un substrat de titane via un catéchol est l’utilisation du système dopamine- glutaraldehyde (GA) [134-136]. L’ajout de la dopamine, molécule appartenant à la famille des catécholamines, sur un substrat apporte des groupements -NH₂. Ces fonctions amine peuvent ensuite réagir avec les groupements aldéhyde du GA pour former une liaison imine. En position terminale, un second groupement aldéhyde pourra réagir avec les groupements amine du chitosane et fixer ainsi le biopolymère à la surface via une liaison imine (Figure I- 16). Il est à noter que la dopamine peut être employée en tant qu’agent de couplage sans nécessairement l’ajout du glutaraldehyde, comme par exemple dans le cas d’un dépôt d’acide hyaluronique fonctionnalisé avec la dopamine [128]. Un dérivé carboxyle du chitosane peut également être greffé via une liaison covalente sur substrat de titane avec l’emploi de la dopamine uniquement [137].

Figure I- 16 : Schéma illustrant l’immobilisation du chitosane via le système dopamine-glutaraldéhyde (Shi, 2008).

D’une manière générale, l’utilisation d’un groupement catéchol peut permettre la fixation du chitosane non modifié (Figure I- 17) ; sous certaines conditions, il peut également permettre la fonctionnalisation du biopolymère [138, 139].

Figure I- 17 : Schéma illustrant le greffage sur titane du chitosane via des catéchols (Marie, 2012). IV.2.2 Fixation du chitosane via l’emploi d’un silane

Une autre approche pour greffer de manière covalente le chitosane est d’utiliser un silane comme agent de couplage. Les silanes sont d’une manière générale, fortement utilisés dans les études de bio fonctionnalisation de surfaces implantaires [140]. Différents types d’organosilane peuvent être utilisés afin de greffer le chitosane sur différents substrats (Figure I- 18) tel que le titane ou ses alliages.

Figure I- 18 : Représentation schématique du greffage covalent du chitosane sur substrat de titane via un silane.

Parmi les différents silanes existants, l’utilisation d’un organosilane fonctionnalisé par un groupement aldéhyde : le TriEthoxySilylButyrAldehyde (TESBA) permet de fixer le chitosane via une liaison imine. La biocompatibilité et la conservation des propriétés antibactériennes de ce revêtement ont déjà été prouvées dans de précédentes études [141, 142].

Un silane avec une fonction anhydride peut également être employé afin de fixer le chitosane via une liaison peptidique. Il s’agit du TriEthoxySilylPropylSuccinic Anhydride (TESPSA). Une récente étude au laboratoire a permis de montrer la résistance de ce revêtement dans un milieu acide ainsi que sa biocompatibilité en présence de cellules humaines gingivales [143].

Un autre amino-silane, le 3-AminoPropylTriEthoxySilane (APTES) peut aussi être utilisé afin de greffer le chitosane. Ce silane est bien connu et souvent employé comme agent de couplage dans les applications médicales [6]. Il peut être associé au glutaraldehyde et lie le chitosane via une liaison imine [105, 144]. Le silane peut également être associé à un anhydride tel que l’anhydride succinique

pour greffer le chitosane sur une surface (ici par exemple du textile) via une liaison peptidique [145]. Dans certaines études, le greffage du chitosane peut être catalysé par l’emploi de composés de type carbodiimide. Ces composés sont notamment utilisés lors du greffage du chitosane par formation d’une liaison peptide. Ces catalyseurs sont essentiellement utilisés en biochimie lors de la mise au point de polypeptide [146, 147]. L’APTES peut ainsi être associé à un système EDC/NHS afin de former la liaison peptidique [148].

Un récapitulatif de l’ensemble des silanes les plus couramment employés pour greffer de façon covalente le chitosane au substrat est proposé dans le Tableau I- 1.

Tableau I- 1 : Récapitulatif des différents silanes utilisés afin de greffer le chitosane à un substrat.

Organosilane Groupe fonctionnel Type de liaison Tests

TESBA aldéhyde imine

ÆBiocompatibilité en présence de cellules embryonnaire de souris NiH3T3,

ÆAntibactérien en présence de P.

gingivalis, A. naeslundii,

ÆRésistance mécanique [142].

TESPSA anhydride peptidique

Æ Biocompatibilité en présence de NiH3T3, Æ Résistance en milieu salivaire acidifié [143].

APTES amine

imine

(association avec le glutaraldéhyde)

Æ Propriété antimicrobienne conservé, Æ Couplage possible avec un antibiotique [144].

peptidique

Æ Catalyse de la réaction via le système EDC/NHS [148],

Æ Utilisation de l’anhydride succinique [145].

Il est à noter que d’autres silanes peuvent être utilisés pour greffer de manière covalente un polysaccharide sur une surface de titane, tel qu’un silane chloré pour greffer un polysaccharide sulfaté couplé à une catalyse de type NHS/EDC [70], ou le 3-chloropropyl-(triethoxy)silane (CPTES) qui est employé pour fixer d’autres composés tels que le collagène ou le poly(éthylène imine) [149].

seulement dans la synthèse de dérivés de chitosane, pourraient être employés comme agents de couplage permettant de fixer le chitosane à un substrat [150].