Progrmme_nanosms_081113

Introduction : présentation de NanoSMS (Jérémie Léonard, IPCMS) Surfaces fonctionalisées et nanostructurées pour applications biomédicales :
Nadia Jessel, UMR 595, Faculté de Chirurgie Dentaire: « Nanostructured and Multilayered Active Materials for Clinical Applications” Lydie Ploux, ICSI, Mulhouse : « Adhésion de cellules osseuses humaines et de bactéries sur des surfaces modèles nano-patternées par polymérisation plasma et irradiation UV » Biomatériaux et ingénierie tissulaire:
Karine Anselme, ICSI, Mulhouse : « Influence de la topographie de biomatériaux métalliques sur la mouillabilité de surface et la réponse de cellules osseuses » Françoise Feugeas, INSA, Strasbourg : "Actions de biofilms sur matériaux métalliques et Vecteurs thérapeutiques et de diagnostic :
Stéphane Meunier, IGL,(futur CAMB), Faculté de Pharmacie, Illkirch : « Synthèse et fonctionnalisation d’auto-assemblages polymérisés de lipides pour des applications en nano-médecine » (30 min) Carlos Marques, ICS, Strasbourg : " Photosensibilisation de Bicouches de Phospholipides au Service de la Thérapie PhotoDynamique" (15 min) Marie-Pierre Kraft, ICS , Strasbourg : "Aspects récents du transport des gaz respiratoires: bulles et émulsions de fluorocarbures" (15 min) 15H00-15H30 Pause Café + Posters 15h30-16h30 Nanobiophotonique et outils nanotechnologiques et pour le biomédical :
Delphine Felder-Flesch , IPCMS, Strasbourg : "Agents de contraste et radiopharmaceutiques polyfonctionnels : une approche dendritique" Andrey Klymchenko, Institut Gilbert Laustriat, Faculté de Pharmacie, Illkirch : “Fluorescence tools for biology on the nanoscale” 16h30-17h00 Conclusion et perspectives:
Table ronde avec la participation de: Patrick Alnot (Ministère de la Recherche), Youssef Haikel (Doyen de la Faculté de Chirurgie Dentaire), Michel Hehn (C’nano Grand Est), François Gautier (Comité Organisation Stratégique Matériaux Alsace), Jacques Robin (Région Alsace).
9h45-10h15: Nadia Jessel

Nanostructured and Multilayered Active Materials for Clinical Applications

C. FACCA1, A. DIERICH2, O. FELIX3, G. DECHER3, P. SCHAAF3, J.-C. VOEGEL1, N. JESSEL1
1Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Unité 595, Faculté de Médecine, 11 rue
Humann, 67085, Strasbourg Cedex, France. 2Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et
Cellulaire (IGBMC), Institut Clinique de la Souris (ICS), CNRS/INSERM/ULP, Collège de France, BP
10142, Strasbourg, France. 3Institut Charles Sadron (CNRS/ULP), 6 rue Boussingault, 67083 Strasbourg
Cedex, France. Contact : [email protected].
In recent years, considerable effort has been devoted to the design and controlled fabrication of structured materials with functional properties. The layer by layer buildup of polyelectrolyte multilayer films (PEM films) from oppositely charged polyelectrolytes1 offers new opportunities for the preparation of functionalized biomaterial coatings. This technique allows the preparation of supramolecular nano-architectures exhibiting specific properties in terms of control of cell activation and may also play a role in the development of local drug delivery systems. Peptides, proteins or DNA, chemically bound to polyelectrolytes, adsorbed or embedded in PEM films, have been shown to retain their biological activities2-8. Recently, tissue engineering has merged with stem cell technology with interest to develop new sources of transplantable material for injury or disease treatment. Eminently interesting, are bone and
joint injuries disorders because of the low self-regenerating capacity of the matrix secreting cells. We
present here for the first time that embedded BMP-2 and TGFβ1 in a multilayered polyelectrolyte film can
drive embryonic stem cells to the cartilage or bone differentiation depending on supplementary co-
factors. We selected a model system made from layer by layer poly-ℓ-glutamic acid (PℓGA) and poly-ℓ-
lysine succinylated (PℓLs) films into which BMP-2 and TGFβ1 have been embedded. Our results
demonstrate clearly that we are able to induce osteogenesis in embryonic stem cells mediated by growth
factors embedded in a polyelectrolyte multilayer film9.

1. Decher, G. Fuzzy nanoassemblies: Toward layered polymeric multicomposites. Science 277, 1232-
1237 (1997)
2. Jessel, N. et al. Bioactive coatings based on a polyelectrolyte multilayer architecture functionalized by
embedded proteins. Adv. Mater. 15, 692-695 (2003)
3. Jessel, N. et al. Build-up of polypeptide multilayer coatings with anti-inflammatory properties based on
the embedding of piroxicam-cyclodextrin complexes. Adv. Funct. Mater. 14, 174-182 (2004)
4. Jessel, N. et al. Pyridylamino-beta-cyclodextrin as a molecular chaperone for lipopolysaccharide
embedded in a multilayered polyelectrolyte architecture. Adv. Funct. Mater. 14, 963-969 (2004)
5. Jessel, N. et al. Control of monocyte morphology on and response to model surfaces for implants
equipped with anti-inflammatory agents. Adv. Mater. 16, 1507-1511 (2004)
6. Jessel, N. et al. Short-time tuning of the biological activity of functionalized polyelectrolyte. Adv.
Funct. Mater. 15, 648-654 (2005)
7. Jessel, N. et al. Multiple and time scheduled in situ DNA delivery mediated by β-cyclodextrin
embedded in a polyelectrolyte multilayer. Proc. Natl. Acad. Sci (USA). 103, 8618-8621 (2006)
8. Zhang, X. et al. Transfection Ability and Intracellular DNA Pathway of Nanostructured Gene-Delivery
Systems. Nanoletters. 13, 8, 2432-2436 (2008)

10h15-10h45 : Lydie Ploux

Adhésion de cellules osseuses humaines et de bactéries sur des surfaces
modèles nano-patternées par polymérisation plasma et irradiation UV
L.Ploux, K Anselme, A.Ponche, O.Soppera, V.Roucoules

Dans de nombreux domaines, et celui des biomatériaux en particulier, les cellules eucaryotes sont en
compétition avec les bactéries pour coloniser la surface. La composition chimique et la topographie de surface sont tous deux connus pour influencer fortement les comportements des deux types cellulaires, à l'échelle macro- aussi bien que microscopique. Leurs réponses aux structures nanoscopiques sont en revanche beaucoup moins bien comprises. Dans ce cadre, les surfaces chimiquement et/ou topographiquement nanopatternées constituent des surfaces-modèles, permettant d'analyser l'impact des organisation et amplitude de nanotopographie sur les deux types cellulaires, tout en tenant compte des fonctions chimiques présentes à la surface. La taille des patterns, bien sûr, est fortement dépendante des techniques utilisées, l'une des principales contraintes résidant dans l'utilisation de matériaux spécifiques. La polymérisation plasma, parce qu'elle peut être appliquée à tout type de substrat, constitue par conséquent une approche particulièrement prometteuse. Pour le travail présenté ici, nous avons combiné polymérisation plasma pulsée et irradiation UV pour réaliser des patterns aussi bien chimique que topographique, controllés aux échelles micro- et
nanoscopique. L'utilisation de ces substrats comme surfaces-modèles a été validée pour l'étude de
l'adhésion cellulaire et bactérienne et la croissance des biofilms. Les surfaces étaient alors composées
d'une succession de stries de 1,6µm de largeur traités aux UV et de stries non-traitées. Les cellules
eucaryotes (ostéoprogéniteurs humains, HOP) et les bactéries (Escherichia coli MG1655) ont été cultivées
sur ces surfaces pendant des temps d'incubation allant de 6 heures à 3 jours, et 4 heures et 14 heures
respectivement. Elles ont ensuite été observées par microscopie à épifluorescence après marquage de
l'ADN et, pour les ostéoblastes exclusivement, de l'actine. L'analyse des images ainsi obtenues a montré
que les cellules eucaryotes s'alignaient avec les patterns dès 6 heures d'incubation, alors qu'aucune réponse
des bactéries à la topographie n'a été observée. Des comportements opposés en réponse à la chimie des
substrats ont par ailleurs été observés, les surfaces les plus favorables au développement des cellules
osseuses se révélant être inhibitrices de l'adhésion bactérienne. Ce travail a finalement permis de mettre en
évidence la pertinence de tels substrats pour l’étude des impacts combinés des chimie et topographie de
surface sur les adhésions cellulaire et bactérienne.
11h15-11h45 : Karine Anselme

Influence de la topographie de biomatériaux métalliques sur la mouillabilité
de surface et la réponse de cellules osseuses,

S. Giljean(a), M. Bigerelle(b), K. Anselme (a)
(a) Université de Haute-Alsace, Institut de Chimie des Surfaces et Interfaces, I.C.S.I. - C.N.R.S. - UPR
9069, 15, rue Jean Starcky, 68057 Mulhouse Cedex (France); (b) Université de Technologie de Compiègne,
UTC, Laboratoire Roberval Centre de Recherches de Royallieu, BP20529, 60205 Compiègne (France)
Ce travail a pour but de caractériser, à différentes échelles, par profilométrie tactile et par des méthodes de calcul rigoureuses, la topographie d’une gamme de rugosité très large (Ra=1.19µm à 20.96µm) obtenue par électroérosion sur des substrats métalliques à base de titane. L'effet de la rugosité sur la mouillabilité est quantifiée par goniométrie en deux phases liquides. L'effet de la rugosité sur le comportement de cellules osseuses humaines est quantifié par analyse d'images. L’effet de la rugosité est ensuite statistiquement déterminé par le calcul de la pertinence de 101 paramètres de rugosité à toutes les échelles allant de 0,2 µm à 5 mm vis-à-vis de l’angle de contact, de l’adhésion et de l’étalement cellulaire. Le recouvrement des échantillons par une couche de poly-electrolytes permet de discriminer l’effet relatif de la chimie et de la topographie sur la mouillabilité et la réponse cellulaire. 11h45-12h15 : Françoise Feugeas

Actions de biofilms sur matériaux métalliques et cimentaires dans un milieu
naturel

Laboratoire de GEnie de la Conception, Laboratoire d’Ingénierie des Surfaces de Strasbourg, INSA de
Strasbourg, 24 boulevard de la Victoire F-67084 Strasbourg Cedex
L'étude de la composition de biofilms formés sur différents acier plongés dans la nappe phréatique de Strasbourg a été effectuée. L'ensemble des données obtenues à permis de proposer un modèle de structure des biofilms sur ces différents aciers. Les relations entre l'activité métabolique de certaines espèces bactériennes et la concentration ainsi que la forme cristalline des produits du biofilm ont été mises en évidence. Trois nuances cimentaires ont été utilisées pour fabriquer des échantillons de pâtes de ciment. Leur structure poreuse a été caractérisée : la nuance cimentaire influe sur le réseau poreux. Les échantillons plongés dans la nappe phréatique Rhénane montrent que les 3 nuances cimentaires étudiées sont naturellement colonisées par les Bactéries Thiosulfato-Réductrices (BTR) et les Bactéries Sulfo-Oxydantes (BSO). Les Bactéries Sulfato-Réductrices (BSR) n’ont été identifiées qu’à la surface des échantillons de CEM III. L'action des différents biofilms sur les aciers à été évaluée : ils inhibent la corrosion généralisée de l'acier au carbone et induisent une corrosion localisée (apparition de piqûres) alors que les aciers
inoxydables restent à l'état passif. Les surfaces des différentes pâtes cimentaires s’altèrent en présence des
BTR, BSR et BSO.
14h00-14h30 : Stéphane Meunier

Synthèse et fonctionnalisation d’auto-assemblages polymérisés de lipides pour
des applications en nano-médecine.

Département de chimie bioorganique (futur laboratoire de conception et application de molécules
bioactives : CAMB) Université Strasbourg 1, Institut Gilbert Laustriat CNRS – UMR 7175, Faculté de
Pharmacie, 74 route du Rhin, BP 60024, 67401 Illkirch Cedex.
Un des axes de recherche du laboratoire concerne la synthèse et la fonctionnalisation de macromolécules de structure controlées formées par auto-assemblages polymérisés de lipides. Principalement deux types d’objets sont étudiés, des micelles polymérisées et des anneaux-lipidiques synthétisés par polymérisation d'autoarrangement formé à la surface de nanotubes de carbone. Ces macromolécules nanométriques ont pour point commun d’être de taille précise (monodisperse ou trés faible polydispersoté), de pouvoir encapsuler une large gamme de molécules hydrophobes (pigment, principe actif, protéine) et d’être fonctionnalisable chimiquement en surface comme en leur cœur. Les connaissances acquises sur ces objets sont mises à profit dans différentes collaborations industrielles et académiques pour élaborer de nouveaux agents solubilisant pour la cosmétique, des vecteurs de médicaments, des vecteurs pour les si-RNA, des agents d’imagerie ciblant des récepteurs spécifiques ou des nanoréacteurs coloidaux pour la chimie-verte.
14h30-14h45 : Carlos Marques

Photosensibilisation de Bicouches de Phospholipides au Service de la Thérapie
PhotoDynamique
Carlos Marques, Institut Charles Sadron, Strasbourg. La photosensibilisation est la base de la Thérapie PhotoDynamique, une technique utilisée pour le traitement de plusieurs tumeurs solides de la peau, du sein, des poumons, de la vessie ou de l’œsophage. La méthode dépend de l’administration d’une molécule sensibilisante qui produit de l’oxygène singlet 1O2 lorsqu’elle est exposée a la lumière. Des réactions induites par l’oxygène singlet dans les membranes cellulaires conduisent à une dégradation importante des tissus car l’ 1O2 est un agent oxydant puissant capable de provoquer la nécrose ou l’apoptose de cellules cancéreuses. Nous étudions les processus de photo-décomposition des bicouches de phospholipides dans de vésicules géantes. L’observation sous microscope optique des modifications structurelles induites par la
photo-oxydation révèle les scénarios de destruction des auto-assemblages lipidiques et donne une image
fine des différents processus mis en jeu.

14h45-15h00 : Marie-Pierre Kraft

Aspects récents du transport des gaz respiratoires: bulles et émulsions de
fluorocarbures

Systèmes Organisés Fluorés à Finalités Thérapeutiques (SOFFT), Institut Charles Sadron (ICS). 23 rue du
Loess. 67034 Strasbourg Cedex (France). [email protected]
Les fluorocarbures (FC) combinent une inertie chimique et biologique exceptionnelle avec une forte capacité de dissolution des gaz, une hydrophobie extrême et un caractère lipophobe prononcé. Nous avons formulé de nouvelles émulsions de FC fines, stables et injectables, stériles et prêtes à l’emploi, qui permettent de délivrer de l’oxygène aux tissus et pourraient, par exemple, permettre de réduire le recours à la transfusion sanguine en chirurgie.[1,2] Des résultats récents montrent que ces émulsions pourraient permettre une meilleure visualisation du cerveau par microscopie à deux photons.[3] En particulier, il devient possible d’obtenir des images continues de populations de neurones et d’astrocytes dans les couches supérieures du néocortex avec une résolution sub-cellulaire. D’autre part, la très faible solubilité des FC dans l’eau permet de stabiliser des microbulles injectables qui servent d’agent de contraste en échographie.[1,2] Nous avons récemment montré que le FC contribuait aussi à stabiliser la paroi de bulles composée de phospholipides ou d’amphiphiles fluorés par effet co-tensioactif, et permettait ainsi de diminuer le diamètre des bulles tout en augmentant leur stabilité.[4,5] Ceci ouvre la voie au développement de microbulles d’oxygène stabilisées par un FC pour le transport d’O2 intravasculaire. M. P. Krafft, J. G. Riess, J. Polymer Sci. Part A: Polymer Chem. 2007, 45, 1185.
M. P. Krafft, J. G. Riess, in Fluorine and Health. Molecular Imaging, Biomedical Materials and
Pharmaceuticals. Advances in Fluorine Science, (Eds.: A. Tressaud, G. Haufe), Elsevier,
Amsterdam, The Netherlands, 2008, pp. 447.
F. Haiss, R. Jolivet, M. T. Wyss, J. Reichhold, F. Scheffold, M. P. W. Krafft, B., submitted 2008.
S. Rossi, G. Waton, M. P. Krafft, ChemPhysChem 2008, 9, 1982.
F. Gerber, M. P. Krafft, G. Waton, T. F. Vandamme, New J. Chem. 2006, 1, 524.

15h30-16h00 : Delphine Felder-Flesch
Agents de contraste et radiopharmaceutiques polyfonctionnels : une approche
dendritique
A. Bertin 1, B. Basly 1, J. Steibel 2, G. Pourroy 1, Sylvie Begin-Colin 1*, D. Felder-Flesch1* 1) Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg IPCMS, UMR CNRS/ULP 7504, 23 rue du Loess BP 43 67034 Strasbourg cedex; 2) Faculté de médecine de Strasbourg, Laboratoire d’Imagerie Neurologique et Cognitive, 4 rue Kirschleger 67085 Strasbourg Nos travaux portent sur une approche dendritique à la préparation de nouveaux agents de contraste (IRM, MEMRI) et radiopharmacetiques (TEMP) spécifiques trouvant application dans le diagnostic précoce des maladies neurodégénératives (Alzheimer, Parkinson, Sclérose en plaques). Pour une probabilité de mise sur le marché, les agents de contraste doivent répondre à un cahier des charges contraignant et ainsi posséder une bonne biocompatibilité, une faible toxicité, une grande stabilité dans l’organisme, être efficaces à faible concentration et de plus (si possible), spécifiques des organes ou tissus ciblés (vectorisation apportée par les fonctions greffées sur le ligand). Une approche dendritique à la préparation de tels biomatériaux spécifiques nous paraît prometteuse car la diversité de fonctionalisation alors permise par la structure arborescente monodisperse et de petite taille répond tout à la fois aux critères de biocompatibilité, de faible toxicité et de vectorisation. Cette ingénierie chimique sera présentée dans le cas de deux types d’agents de contraste : les chélates polyfonctionnels de petite taille pouvant complexer indifféremment le gadolinium, le manganèse et le technétium d’une part, et les nanoparticules d’oxyde de fer de taille 8.5 et 39 nm.
16h00-16h30 : Andrey Klymchenko

Fluorescence tools for biology on the nanoscale

Klymchenko, A., Didier, P., Duportail, G., de Rocquigny, H., & Mély, Y., Institut Gilbert Laustriat, UMR
7175 CNRS, Faculté de Pharmacie, 74 route du Rhin, 67401 ILLKIRCH
Fluorescence is a powerful tool for studying biological systems on the nanoscale. We work on two complementary approaches in this field: fluorescent probes and advanced fluorescence microscopy techniques. The developed molecular probes are based on 3-hydroxychromone fluorophore, which monitors the properties of its nano-environment, by strong variation of its emission color. Selective probing of the properties of biomembranes (surface, dipole and transmembrane potentials, hydration, etc) was found to require nanometric positioning of the fluorophore in the lipid bilayers. These probes were applied for imaging lipid asymmetry and rafts in model and cell membranes. The second approach is based on developments in Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS), Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM) and single molecule experiments and their application for monitoring protein-protein and protein-DNA interactions at the nanoscale.

Source: http://www.pmnalsace.fr/media/232/Programme_NanoSMS_081113a.pdf