Academic literature on the topic 'Gel d'alginate'

L'objectif de ce travail a été d'étudier l'activité hydrolytique d'une enzyme, la pullulanase, vis à vis du pullulane dans des hydrogels fonctionnalisés ou non à base d'alginate de calcium. L'alginate a été modifié chimiquement par une polyéther amine de la famille Jeffamine® qui présente un caractère LCST "Low Critical Solubility Temperature". L'enzyme immobilisée à hauteur de 30% dans des billes d'alginate de calcium hydrolyse lentement le pullulane en raison de la pénétration de celui ci dans les billes et libère du maltotriose et ses premiers multiples alors que l'enzyme libre donne un mélange d'oligosaccharides très polydispersé. La proximité entre enzyme et substrat au sein de l'hydrogel explique ce comportement. L'activité de l'enzyme au sein des hydrogels est très peu affectée par le pH. L'enzyme est même active à pH 4 contrairement à l'enzyme libre ce qui montre la protection de l'enzyme dans ceshydrogels. Avec l'alginate fonctionnalisé, le taux d'immobilisation de l'enzyme est de 100% en raison d'interactions préférentielles entre la pullulanase et les greffons Jeffamine®. L'enzyme immobilisée dans ces matrices ne présente pas une activité enzymatique différente<br>The aim of this project has been to study the hydrolytic activity of the enzyme, pullulanase, toward its substrate pullulan into functionalized or non-functionalized hydrogels based on calcium alginate. Alginate has been chemically modified with a polyether amine, Jeffamine®, with LCST "Low Critical Solubility Temperature" property. The immobilized enzyme amounted to 30% within calcium alginate beads hydrolyses pullulan slowly owing to its penetration into beads and releases maltotriose and its multiples compared to free enzyme which a large distribution of pullulan fragments is observed during the treatment. The close relationship between enzyme and its substrate into these hydrolgels is only marginally affected by pH. The enzyme is even active at pH 4 contrary to the free enzyme indicating an enzyme protection within these hydrogels. In the case of functionalized alginate, the enzyme immobilisation amount is about 100% because of the preferential interactions between pullulanase and Jeffamines-grafted. The immobilized enzyme does not show a different enzyme activity

L'immobilisation de cellules de mammifères par inclusion dans un gel d'alginate de calcium est une technique rendue délicate par les multiples paramètres pouvant intervenir. L'influence de quelques données, teneur en alginate, nature et concentration du cation de gélification, composition du milieu d'inclusion, est détaillée. Il s'avère cependant que la valeur de certains paramètres est étroitement liée au type cellulaire immobilisé. Les modèles cellulaires testés sont des cellules de neuroblastomes murin N18, des chondrocytes articulaires de lapin et des macrophages alvéolaires de babouin. Le procédé d'immobilisation décrit permet d'obtenir des macrobilles d'alginate de calcium. Mécaniquement résistantes, elles peuvent contenir une très grande quantité de cellules (jusqu'a 40 10 6 cellules/ml de gel), dont l'état de différenciation semble contrôlable par les conditions de milieu extérieur. L'immobilisation confère aux cellules une longévité proche de celle qu'elles ont en culture adhérente dans les mêmes conditions. Cette longévité est même doublée dans le cas des macrophages alvéolaires. Les possibilités métaboliques de dissolution des particules phagocytées par des macrophages alvéolaires sont utilisées dans un contexte toxicologique de protection des travailleurs. Des macrophages alvéolaires sont immobilisés après avoir phagocyté des particules. Grâce aux activités enzymatiques et à l'acidité des phagolysosomes, les particules sont partiellement dissoutes et la fraction dissoute est quantifiée dans le milieu d'incubation des billes. Les macrophages alvéolaires immobilisés constituent ainsi un modèle biologique performant d'étude in vitro de la dissolution des particules inhalées, même très insolubles.

Des limitations nutritionnelles, provoquees par une diminution des concentrations en acide 2,4 dichlorophenoxyacetique et en ions phosphates, entrainent un ralentissement de croissance suffisant pour maintenir la stabilite du ploymere d'inclusion de cellules de catharanthus roseus. Simultanement, une stimulation de la synthese d'ajmalicine est observee. Dans ces conditions, l'immobilisation des cellules dans l'alginate stabilise leur activite metabolique sur une periode d'au moins 600 heures. La production specifique d'ajmalicine atteint alors 970mug/sec et est multipliee d'un facteur 50 par rapport a celle observee lors d'une culture sur milieu d'entretien. En reacteur continu, l'utilisation de cellules immobilisees a ete possible sur une duree de 2 mois. Le mecanisme d'excretion repond a une loi de diffusion simple. La productivite obtenue est faible mais elle peut etre amelioree par un abaissement de ph du milieu de culture qui entraine une modification de l'equilibre de diffusion. Des traitements de permeabilisation membranaire (mannitol, dimethylsufoxyde) n'augmentent la productivite du systeme que si la resultante entre leurs effets sur la repartition des metabolites entre les cellules et le milieu et sur les taux de biosynthese est positive

L'objectif de ce travail était la mise au point d'un foie bioartificiel extracorporel (FBE) utilisant des hépatocytes immobilisés dans des billes d'alginate de 1 mm. Nos résultats ont montré la supériorité de la technique d'extrusion couplée à une vibration du jet laminaire pour obtenir les billes. Nous avons mis au point une technique de conservation hypothermique des hépatocytes immobilisés qui maintient jusqu'à 48h la viabilité et les activités fonctionnelles des hépatocytes. Nos résultats montrent que l'immobilisation dans un gel d'alginate protège les hépatocytes des lésions induites par l'hypothermie à 4ʿC. Des porcs, mis en insuffisance hépatique et branchés sur un FBE contenant des hépatocytes immobilisés, avaient une espérance de vie augmentée et une augmentation moindre de la pression intracrânienne. La spectroscopie RMN a permis de conclure au maintien du métabolisme de certains composés par le FBE (triméthylamine-N-oxide et choline), ce qui pourrait expliquer les résultats obtenus.

La pollution des eaux constitue actuellement une préoccupation majeure aussi bien d’un point de vue sanitaire qu’environnemental. Afin d’y remédier, des procédés de dépollution efficaces, économiques et durables sont constamment développés et l’adsorption reste une méthode largement utilisée dans le traitement des eaux usées. De nombreux travaux sont consacrés à l’adsorption des polluants cationiques, mais le développement de supports adaptés pour interagir avec les contaminants anioniques est moins abordé. L’objectif principal de ce travail de thèse est de mettre en forme deux adsorbants anioniques : l’HDL (hydroxyde double lamellaire) Mg/Al et la ferrihydrite deux-lignes, et les associant à un gel d’alginate pour produire des matériaux composites pouvant être mis en oeuvre dans des réacteurs spécialisés pour l’élimination de contaminants anioniques. Les résultats de l’adsorption en réacteur batch sur les HDL et la ferrihydrite ont montré une bonne efficacité pour l’élimination de certains anions. La ferrihydrite possède une capacité plus importante que les HDL pour l’élimination des anions inorganiques. L’augmentation du rapport Mg/Al dans l’HDL a favorisé l’adsorption du méthyl orange (MO) ; un rapport Mg/Al de 3 (L3) a été séléctionné pour la suite du travail. Deux protocoles ont été évalués pour associer les solides à un gel d’alginate : l’encapsulation et la synthèse interne dans le gel. La nature des cations réticulant et la création de la macroporosité ont été étudiées. L’encapsulation du solide a diminué légèrement la capacité d’adsorption des anions, cependant, la création de la macroporosité permet de compenser cet effet du gel d’alginate. Les études sur l’adsorption du MO avec les billes encapsulées ont montré que l’augmentation de la taille des billes et de la quantité du solide L3 encapsulée a été accompagnée par une diminution de la capacité d’adsorption du MO. Le remplacement du réticulant Ca2+ par Ba2+ a permis de renforcer la structure du gel et améliorer la cinétique d’adsorption du MO, mais a entrainé une diminution de la capacité d’adsorption. La caractérisation des supports préparés par synthèse interne a montré une structure des solides différente des matériaux attendus (L3 ou ferrihydrite) avec par conséquence une réactivité différente. Des mécanismes d’élimination des anions organiques et inorganiques ont été proposés selon les différents adsorbants étudiés. Les billes ferrihydrite/alginate préparées par encapsulation ont présentés globalement une bonne capacité de rétention des anions notamment pour les anions inorganiques (phosphate, chromate et arséniate). Tandis que celles préparées par synthèse interne ne fixent que les arséniates et les phosphates par différents mécanismes essentiellement la précipitation des anions à la surface des oxyde et oxy-hydroxydes de fer. L’adsorption du MO en réacteur filtrant ouvert a montré que l’augmentation du débit d’alimentation a un effet négatif sur l’adsorption alors qu’une concentration initiale plus grande favorise l’adsorption ce qui est en concordance avec les résultats obtenus en réacteur batch. Un taux de régénération de 30% des billes ferrihydrite/alginate macroporeuse (BPENFh-Ba) a été observé en réacteur batch en utilisant une solution de chlorure d’ammonium avec la possibilité de réutiliser l’adsorbant plusieurs fois.Ce travail confirme les performances et la possibilité d’utiliser des matériaux composite d’HDL ou ferrihydrite dans un gel d’alginate pour l’élimination de composés anioniques contenus dans des eaux usées<br>Water pollution is currently a major concern from both health and environmental point of view. In order to solve this problem, efficient decontamination processes, economic and sustainable are constantly being developed and adsorption process remains a widely used method in the wastewater treatment. Many studies are devoted to the adsorption of cationic pollutants, but the development of suitable supports able to interact with the anionic contaminants is less discussed. The main objective of this work is to form two anionic adsorbents: the LDH (Layered Double Hydroxide) Mg/Al and two-line ferrihydrite. These adsorbents were associated with an alginate gel in order to produce composite materials that can be implemented in continuous reactors for the removal of anionic contaminants. The adsorption studies in batch reactor on LDH and ferrihydrite confirmed good removal efficiency for some anions. Ferrihydrite showed a higher adsorption capacity than LDH for the removal of inorganic anions. Increasing the Mg/Al ratio was favorable for the methyl orange (MO) adsorption, and an Mg/Al ratio of 3 (L3) was selected for the following work. Two protocols were evaluated for the integration of adsorbent into alginate gel: encapsulation and direct synthesis in the gel structure. The effect of crosslinking cation and the making of macroporosity were studied. The encapsulation of solids decreased slightly the adsorption ability of anions; however, the macroporosity counterbalances this negative effect of alginate gel. The MO adsorption studies with encapsulated beads showed that the increase of the bead size and the amount of solid in the beads were accompanied with a decrease in the adsorption capacity. The replacement of Ca2+ by Ba2+ strengthened the gel structure and improved the adsorption kinetics but decreased the adsorption capacity. The characterization of the support material prepared by direct synthesis in alginate gel showed a different structure from the expected materials (L3 or ferrihydrite), and therefore a different reactivity. The sorption mechanisms of various organic and inorganic anions were proposed for the studied adsorbents. The ferrihydrite/alginate beads prepared by encapsulation showed a good adsorption for all the anions used in this work, especially for inorganic anions (phosphate, chromate and arsenate); while those produced by direct synthesis in alginate gel removed only arsenate and phosphate essentially by a precipitation mechanism of the anions at the surface of the iron oxides and oxy-hydroxides. The sorption of MO in a continuous reactor showed that the increasing of the flow rate had a negative effect on sorption while higher initial concentration presented a favorable effect on the sorption, which is in accordance with results obtained in batch reactor. A desorption ratio of 30% for ferrihydrite/alginate macroporous beads (BPENFh-Ba) was observed in batch reactor with the possibility of reusing the adsorbent.This study confirms the performance and the possibility to use the composite materials of LDH or ferrihydrite in an alginate gel for the removal of anionic compounds contained in wastewater

Les alginates, polysaccharides extraits des algues brunes, sont des copolymères à blocs linéaires formés d'unités mannuronates (M) et guluronates (G). Leur structure dépend de la source naturelle. La complexation de cations divalents ou trivalents (sauf Mg2+) par les fonctions carboxylates conduit à la formation d'un hydrogel. Pour approfondir l'étude de la formation des gels ionotropiques d'alginate, des hydrogels et des aérogels séchés en conditions supercritiques ont été caractérisés à plusieurs échelles par différentes techniques. L'analyse orbitalaire ab initio de petits complexes a montré la formation de liaisons covalentes fortes avec les métaux de transition alors que les alcalino-terreux ne mettent en jeu que des interactions électrostatiques. Selon le rapport M/G et la nature des cations, différents régimes structuraux ont pu être identifiés par des mesures SAXS (~10-200Å) : des gels fibrillaires ou formés d'agglomérats interconnectés. Les propriétés mécaniques des hydrogels et les surfaces spécifiques des aérogels correspondants sont directement reliées à ces morphologies. La présence simultanée de plusieurs métaux dans les gels peut induire des effets coopératifs dans la formation mais aussi dans les propriétés des matériaux. De nouvelles méthodes ont été mises au point pour contrôler la synthèse de gels hétéro-cationiques, en considérant les effets d'affinité.Sur la base de cette étude, des synthèses originales de matériaux fonctionnels nano-structurés ont été développées. Certains ont été construits directement dans le réseau d'alginate en exploitant les cations de gélification ; d'autres ont nécessité le sacrifice de la matrice pour former des oxydes simples ou mixtes nanocristallins<br>Alginates, polysaccharides produced by brown algae, are linear block-copolymers formed by mannuronate (M) and guluronate (G) units. Their structure depends on the natural source. The coordination of divalent or trivalent cations (except Mg2+) with the carboxylate functions leads to the formation of a hydrogel. In order to get some insight in ionotropic alginate gel formation, hydrogels and supercritical dried aerogels were analysed through various characterizations at different scales. The ab initio molecular orbital analysis on small complexes revealed strong coordination-covalent bonds in the transition metal complexes, whereas only ionic interaction occurs between the alkaline-earth cations and the carboxylates. Depending on the M/G ratio and the nature of the cation, different structural regimes were identified by SAXS analysis (~10-200Å) : well-defined fibrillar gels or gels with multiple junction nature. The mechanical properties of the hydrogels and surface areas of the resulting aerogels are directly related to these morphologies. The concomitant presence of different metals in the gel can bring cooperative effect for the formation but also for the properties of the materials. New methods to control the synthesis of hetero-cationic gels were implemented, taking into account the affinity effects. On the basis of this study, we developed new nanostructured functional materials synthesis. Some were built directly in the alginate network using the gelling cations. Others needed to sacrifice the matrix to form nanocrystalline single or mixed oxides

Le domaine aborde concerne l'environnement d'une cellule animale dans le contexte de sa culture in vivo. Les etudes ont porte d'une part, sur le conditionnement des cellules et les dispositifs de culture et d'autre part, sur la nature et la qualite des surfactants et des supports. L'immobilisation des cellules est realisee par gelification d'une matrice d'alginate de sodium. Les ions calcium ont ete choisis comme agent gelifiant. Les objectifs vises ont ete l'iptimisation de la technique d'inclusion dans des billes d'alginate, la caracterisation morpho-fonctionnelle et l'examen des potentialites physio-biochimiques des preparations immobilisees. Le travail confirme la faisabilite de l'inclusion de deux types cellulaires: les hepatocytes de rat et les chondrocytes articulaires de lapin. Dans le cas des chondrocytes. L'etude precise les aspects fondamentaux (longevite, stabilite, stockage, production) et appliques (conditionnement, amelioration de la matrice). Les resultats font apparaitre que les cellules supportent l'inclusion dans l'alginate. A l'etat immobilise elles adoptent une forme spherique voisine de celle in vivo et se repartissent a l'interieur des billes de maniere homogene. Apres lyse des billes, les cellules recuperees presentent encore de grandes capacites de reprise, d'adherence et d'etalement. L'immobilisation conserve aux cellules des potentialites physiologiques importantes. Les cellules incluses restent viables, se divisent et continuent a exprimer et secreter des constituants specifiques tels que proteoglycannes et collagene de type ii. Concernant l'amelioration par complementation de l'alginate, differents adjuvants ont ete testes (collagene type i, collagene type iv et fibronectine) en culture normale et en culture tridimensionnelle. Les resultats obtenus soulignent l'interet de l'immobilisation: elle represente un moyen d'accroitre d'une part, les performances, d'autre part, les facilites d'utilisation et de reutilisation d'un materiel biologique particulier

Nous avons étudié l’effet d’une stimulation ultrasonore sur les propriétés mécaniques et le relargage de billes et capsules d’alginate. Les capsules sont fabriquées avec le même d’extrusion que les billes, mais selon un nouveau procédé mis au point. Elles sont constituées d’un fortement visqueux entouré d’une mince membrane hyperélastique. En utilisant une technique ultrasonore de pulse-écho, nous avons d’abord montré que le gel d’alginate est quasiment incompressible et puis il a ainsi un coefficient de Poisson très proche de 0. 5. Le module de cisaillement des billes et capsules d’alginate a été mesuré par compression. Nous avons montré qu’elles retrouvent leurs propriétés mécaniques après la sonication. Cependant, le sonication peut conduire à la rupture des capsules pour des intensités élevées et/ou longues durée d’exposition à cause de la fatigue de la membrane. Un tel phénomène n’a pas été observé sur les billes. Le relargage est étudié en sonifiant des billes et capsules chargées mises en suspension. Le relargage qui résulte de la sonication des capsules est proportionnel à la durée de sonication et à l’amplitude de l’onde de pression. Une interprétation physique possible est que l’écoulement de streaming acoustique induit par l’onde ultrasonore augmente la convection à proximité de la membrane de capsule et donc le relargage. Le relargage pour les billes d’alginate augmente également avec les paramètres ultrasonores, mais dans une moindre mesure. Nous avons finalement quantifié le relargage passive après une sonication de faible intensité : il est en moyenne identique à celui mesuré sur les billes et capsules non-sonifiées. Globalement, le gel d’alginate retrouve donc ses propriétés physiques et mécaniques après la sonication. Si la sonication conduit à une augmentation de la porosité, l’augmentation est temporaire et réversible à la fin de stimulation ultrasonore<br>We have investigated the effect of ultrasonic stimulation on the mechanical properties and release of alginate beads and capsules. Capsules are fabricated with the same technique of extrusion as the beads, but using a new process that has been developed. They are made of a highly-viscous liquid core enclosed in a thin hyperelastic alginate membrane. Using an ultrasonic pulse-echo technique, we have first shown that the alginate gel is quasi-incompressible and thus has a Poisson ratio very close to 0. 5. The shear modulus of the alginate beads and capsules has then been measured by compression. We have shown that they recover their mechanical properties after sonication. Still, at high intensities and/or long exposure times, sonication can lead to the rupture of the capsule membrane due to fatigue. No similar phenomenon has been observed for the beads. Release is studied by sonicating loaded beads and capsules suspended in an aqueous solution. The mass release that results from the sonication of capsules is found to be proportional to the sonication duration time and pressure wave amplitude. A possible physical interpretation is that the acoustic streaming flow induced by the ultrasonic wave enhances convection in the vicinity of the capsule membrane and thus mass release. The release from alginate beads is also increased by the ultrasonic parameters, but to a smaller extent. We have finally quantified the passive release subsequent to low-intensity sonication: it is on average identical to the one measured on non-sonicated beads and capsules. Overall the alginate gel therefore recovers its physical and mechanical properties after sonication. If sonication leads to an increase in porosity, the increase is temporary and reversible at the end of the ultrasonic stimulation

La Tomographie à Emission de Positrons (TEP) permet d'obtenir une mesure dynamique et résolue en espace de la concentration d'un traceur radioactif injecté au patient. La quantification du débit sanguin cérébral par TEP repose sur l'utilisation d'un modèle cinétique le reliant à la variation spatio-temporelle de la concentration du traceur dans le cerveau. Différents modèles cinétiques sont proposés dans la littérature. Cependant, la majorité d'entre eux repose sur une modélisation compartimentale de l'organe observé. Dans ce cas, l'organe est subdivisé en un compartiment capillaire échangeant avec un compartiment tissulaire par une cinétique le plus souvent du premier ordre. Les résultats obtenus avec ce type de modèle sous-estiment le débit et ne permettent pas de prédire les premiers instants de la dynamique de répartition du traceur. Ces faiblesses ont été confirmées suite à l'amélioration de la résolution temporelle des tomographes, conduisant à l'élaboration de modèles incorporant plus de réalité physiologique. Cependant, tous ces modèles sont développés pour modéliser les échanges entre la micro-circulation et le tissu environnant à l'échelle d'un capillaire (échelle microscopique). Or la résolution spatiale des tomographes utilisés en clinique ne permet pas de distinguer la micro-circulation et le tissu. L'utilisation de ces modèles cinétiques avec des mesures de concentrations macroscopiques dépasse donc leur cadre théorique de validité et peut introduire des résultats faussés. Dans ce contexte, nous proposons un modèle cinétique basé sur le changement d'échelle (utilisant la méthode de prise de moyenne volumique). Ce changement d'échelle permet de remplacer l'ensemble micro-circulation/tissu par un volume fictif, homogène, dont les propriétés macroscopiques sont calculées à partir des propriétés microscopiques d'un Volume Elémentaire Représentatif (VER) du milieu. Dans un premier temps, afin de pouvoir comparer les résultats de ce modèle avec ceux du modèle compartimental standard, le VER considéré est constitué d'un capillaire unique et de son enveloppe de tissu, puis une complexité géométrique supplémentaire est introduite en considérant un réseau de capillaire isotrope à l'échelle de Darcy. Ces modèles sont utilisés pour identifier le débit à l'aide d'une méthode inverse. Pour cela, l'évolution temporelle du champ de concentration dans notre géométrie de référence, qui ne peut être mesurée par TEP en raison de sa faible résolution spatiale, est déterminée par des simulations numériques ainsi que par des mesures in vitro à l'aide d'un modèle expérimental, également développé au cours de ce travail, permettant de reproduire l'écoulement dans un canal traversant une matrice diffusante (gel d'alginate)<br>Positron Emission Tomography (PET) provides a dynamic and space-resolved measurement of the concentration field of a radioactive tracer previously injected to the patient. Quantification of cerebral blood flow by PET is based on the use of a kinetic model linking cerebral blood flow to the spatial and temporal variations of tracer concentration in the brain. Various kinetic models have been proposed in the literature. However, most of the mare based on a compartmental approach of the observed organ In this case, the organ is divided in two compartments, the capillary and the tissue, and the exchanges between these two compartments are often described by a first order kinetic model. Results obtained with this kind of model under estimate the flow rate and are notable to predict the first instants of the tracer dynamics distribution. With the continuous improvement of the temporal resolution of PET, these weaknesses have been confirmed, which led to the development of models incorporating more physiological reality. However, all these models have been developed to describe exchanges between micro-circulation and surrounding tissue at the scale of capillary vessels (microscopic scale). Because the spatial resolution of PET inclinical practice is insufficient to allow the distinction between micro-circulation and tissue, using of these models with kinetic measurement of macroscopic concentrations exceeds their theoretical validity and can introduce false results. In this context, we propose a kinetic model based on up-scaling (using the method of volume averaging). This up-scaling technique allows to replace the two previous compartments (tissue and micro-circulation) by an homogeneous fictive volume, whose macroscopic properties are calculated from the microscopic properties of are presentative elementary volume (REV) of the medium. First, in order to compare the results of this model with those of the standard compartmental model, the considered REV consists of a single capillary and its surrounding tissue. Second, additional geometric complexity is introduced by considering an isotropic capillary network at the Darcy scale. These models are used to identify the flow rate using an inverse method. For that purpose, the temporal evolution of concentration field in a geometry of reference, which can't be measured by PET due to its low spatial resolution, is determined by numerical simulations and by in vitro measurements. These measurements are performed using an experimental model developed during this work to reproduce the flow in a channel passing through a diffusive matrix (alginate gel)