Propriétés et utilisations des polysaccharides

Les polysaccharides présentent des critères intéressants qui suscitent un grand intérêt pour leur application dans des secteurs variés : agro-alimentaire, pharmaceutique, cosmétique, industrie du papier, du textile et autres.

42 Ce sont des polymères naturels, hydrosolubles, biodégradables et biocompatibles^147,148. Ils sont connus et utilisés dans l’alimentaire pour leurs propriétés remarquables en solution, notamment épaississantes (ex : le xanthane, la gomme de guar, la carboxyméthylcellulose) et gélifiantes (ex : l’alginate, la pectine, l’agar)¹⁴⁹. Saha et al.¹⁴⁹ précisent d’une part que l’épaississement d’une solution de polysaccharide nécessite l’établissement d’enchevêtrements non-spécifiques entre les chaines du polysaccharide qui se présentent sous formes de pelotes statistiques en solution. Ce processus dépend d’une manière générale de plusieurs paramètres tels que : la nature du polysaccharide, la concentration d’étude, la masse molaire, la température et/ou le pH. En dessous de la concentration critique de recouvrement en polymère notée C* (régime dilué), les pelotes (constituées d’une chaine de polysaccharide) sont libres de leur mouvement en solution. Au-dessus de C*, les pelotes commencent à entrer en contact. Cette transition marque le début du procédé d’épaississement. Avec la concentration en polysaccharide qui augmente, les chaines possèdent des mouvements de plus en plus restrictifs et ralentis, elles vont s’enchevêtrer. Le comportement épaississant peut alors être évalué par des mesures rhéologiques. A une concentration en polysaccharide C<C*, un comportement newtonien de la solution (indépendant du cisaillement) est généralement observé. A C>C*, un comportement rhéofluidifiant est souvent observé (la viscosité diminue lorsque le taux de cisaillement augmente).

La formation d’un gel physique implique quant à elle l’établissement d’interactions spécifiques entre les chaines de polymères conduisant à la création de zones de jonctions. Un réseau tridimensionnel est ainsi obtenu qui contient une très grande quantité de solvant dans ses interstices. Les auteurs soulignent que la gélification d’hydrocolloïdes (ici polysaccharides) peut s’établir selon trois mécanismes différents : la gélification ionotropique, la gélification à froid ou à chaud. Par exemple, l’alginate est un polysaccharide anionique (portant des fonctions COO-) qui a la capacité de former des gels en présence de cations divalents (ex : Ca²⁺). Cette gélification de type ionotropique est établie suite à des interactions entre les fonctions COO- du polysaccharide et les charges positives des cations. Cela conduit à la formation de structures organisées et appelées le plus souvent « boites à œufs ».

En dehors des aspects épaississants ou gélifiants, de nombreux polysaccharides présentent des activités biologiques. Liu et al.¹⁵⁰ mentionnent des activités anti-inflammatoires, anticancéreuses, antivirales, antioxydantes notamment pour plusieurs polysaccharides provenant de diverses espèces d’algues. On peut citer comme exemple d’antioxydants, le fucoïdane ou encore l’alginate provenant d’algues brunes. Des études ont également rapporté l’activité antimicrobienne de polysaccharides présents chez certains

43 animaux. L’exemple du chitosane, extrait de la carapace des crustacés est bien documenté dans la littérature. Il est actif contre des pathogènes classiques tels que S.aureus, E.coli mais également contre des champignons¹⁵¹. Comment les auteurs expliquent-ils ces propriétés antimicrobiennes (précisément antibactériennes) du chitosane ?

D’une manière générale, les cellules des bactéries (gram+ et gram-) possèdent des surfaces chargées négativement. Plus précisément dans le cas des gram+, les auteurs indiquent la présence d’un polymère anionique (l’acide téichoïque) au niveau de la paroi. Chez les gram-, au niveau de la membrane externe, il y’a présence de lipopolysaccharides (LPS) contenant des groupements anioniques phosphates et carboxyliques. Kong et al.¹⁵¹ précisent que le mode d’action du chitosane dépend de plusieurs paramètres tels que des facteurs environnementaux (ex : le pH), intrinsèques au chitosane (densité de charge positive, masse molaire Mw, capacité d’agent chélatant) ou encore de l’état physique du chitosane. Plus précisément, pour un pH inférieur au pKa du chitosane, le paramètre clé pour l’activité antibactérienne est l’établissement d’interactions électrostatiques entre les groupements ammonium positifs (NH₃⁺) du chitosane et les groupements anioniques des surfaces des cellules bactériennes. Pour un pH > pKa, ce sont les effets hydrophobes et la capacité d’agent chélatant (jouer par le chitosane) qui permettront l’activité antibactérienne de ce dernier.

De plus, le chitosane peut agir de différentes manières sur les cellules bactériennes : soit en restant à la surface de ces dernières ou encore en pénétrant à l’intérieur des cellules. Pour aller plus loin, les auteurs évoquent différents modes d’actions en prenant en considération l’état physique du polymère mais également sa masse molaire M_w. Dans le cas du chitosane (ou d’un dérivé du chitosane) soluble dans l’eau et présentant de faibles masses molaires, le polymère testé est capable de pénétrer à l’intérieur de la cellule bactérienne et d’aller interagir avec les composés cellulaires tels que l’ADN ou encore l’ARN messager (inhibition de la synthèse de l’ARNm). Dans le cas du chitosane soluble (haute masse molaire) ou sous forme solide (microsphère ou nanoparticules), le mode d’action se fait au niveau de la surface cellulaire et peut conduire à une modification de la perméabilité cellulaire. Le chitosane peut également former une couche imperméable autour de la cellule bactérienne, bloquant ainsi le transport des solutés essentiels dans la cellule. Un exemple d’image illustrant l’action d’une microsphère de chitosane (CMs) sur des cellules bactériennes E.coli est présenté Figure A-6 (image obtenue par SEM : microscope électronique à balayage). Les auteurs expliquent dans ce cas que les cellules bactériennes présentent à la surface de la microsphère adoptent différents états. Précisément, certaines sont encore intactes, d’autres cellules laissent des constituants intracellulaires s’échapper vers l’extérieur et pour finir quelques cellules se sont

44 déjà rompues en laissant uniquement la membrane à la surface de la microsphère du chitosane. Les auteurs concluent que ces différents états montrent que les CMs détruisent les bactéries par un effet inhibiteur de contact interfacial qui s’établit à la surface des microsphères CMs.

Figure A-6 : Photographies SEM des cellules E.coli traitées avec des CMs (97,5%)