Avancée majeure dans la préparation de polymères biodégradables et biocompatibles pour des applications médicales
Les chercheurs du laboratoire CiTOS de l'ULiège ont conçu un procédé fluidique à faible empreinte environnementale pour la production rapide de monomères phosphates cycliques (CPMs) complexes. Ces derniers ont été utilisés avec succès pour la préparation de polyphosphoesters (PPEs) biodégradables et biocompatibles, par une équipe du CERM de l'ULiège. Une étude menée par des chercheurs de l'Université de Maastricht (CARIM- Cardiovascular Research Institute Maastricht) a permis de confirmer leur faible toxicité. Cet effort de recherche multidisciplinaire s'inscrit dans le cadre d'un programme Interreg V-A Euregio Meuse-Rhin (EMR) (IN FLOW). Les résultats de cette étude font l'objet d'un publication dans le journal Chemical Science.
À
la suite de la découverte de leurs propriétés biomédicales novatrices pour l’administration de médicaments et pour des applications tissulaires, les polyphosphoesters synthétiques (PPEs) bénéficient d’un regain d'intérêt de la part de la communauté scientifique. Les PPEs appartiennent à une classe de polymères organophosphorés particulièrement attractifs en raison de la modularité de leurs propriétés de (bio)dégradabilité et de biocompatibilité. Malgré ces caractéristiques prometteuses, les applications commerciales des PPEs n’ont pas encore pu voir le jour en raison de la complexité, dangerosité et faible efficacité des méthodes de production conventionnelles pour accéder à leurs monomères phosphates cycliques (CPMs) constitutifs.
Afin de proposer des solutions concrètes pour rendre les CPMs, et donc leurs polymères PPEs dévirés, plus accessibles à la communauté scientifique, un consortium multidisciplinaire regroupant des chercheurs ULiège des laboratoires CiTOS - Center for Integrated Technology and Organic Synthesis - (Unité de recherche MolSys, Faculté des Sciences) et CERM - Center for Education and Research on Macromolecules (Unité de Recherche CESAM, Faculté des Sciences) et de l'Université de Maastricht ont développé une plateforme fluidique pour la production en continu de CPMs. Les chercheurs du CiTOS, dirigé par Jean-Christophe Monbaliu, reconnu de longue date dans le domaine des technologies et procédés fluidiques, ont mis au point une unité miniaturisée pour la production en flux continu de monomères phosphates cycliques. "Le procédé permet de générer une variété de monomères phosphates cycliques en un battement de cil et avec une productivité record, tout en diminuant drastiquement les problèmes de sécurité et de qualité rencontrés dans les procédures traditionnelles, explique Jean-Christophe Monbaliu. Une telle réalisation repose sur les atouts de la technologie des procédés micro/mésofluidiques avec une sécurité accrue et un contrôle précis des conditions du procédé, offrant ainsi des temps de réaction extrêmement courts et des productivités élevées." Le processus a été pensé afin de ne dépendre que de ressources largement accessibles et de minimiser l’impact environnemental.
Le procédé mis au point au CiTOS produit des CPMs de haute pureté en moins de deux minutes. "Malgré ses dimensions réduites, le prototype de plateforme fluidique, de la taille d'un gros ballotin de pralines, assure des productivités impressionnantes allant jusqu'à un demi-kilogramme par jour", commente Romain Morodo, premier auteur et chercheur doctorant affilié au CiTOS. Par ailleurs, une grande diversité de structures sont également accessibles, alimentant ainsi en amont le processus de découverte de nouvelles architectures moléculaires". Le procédé développé au laboratoire fut également validé dans une unité de production mésofluidique pilote, atteignant des productivités quotidiennes allant jusqu'à 2 kg.
“Les monomères ainsi fraîchement produits sont ensuite directement utilisés dans un autre module de la plateforme fluidique, permettant la préparation de nouveaux PPEs avec une précision et une reproductibilité accrues“ poursuit Jean-Christophe Monbaliu. Les tests de toxicité confirment leur applicabilité pour des applications biomédicales. Les propriétés thermiques sont également évaluées pour d'autres PPEs, indiquant leur utilisation potentielle pour de nouveaux matériaux ignifuges. Le développement d'une telle plateforme fluidique intégrée et intensifiée pour produire à la fois des CPMs et leurs polymères dérivés ouvre de nouvelles voies vers la commercialisation de nouveaux matériaux à base de PPEs.
Le projet de recherche IN FLOW a été soutenu par le programme Interreg V-A Euregio Meuse-Rhin (EMR). IN FLOW, porté par le Prof. Christine Jérôme (CERM), s'est vu octroyer un budget total de 2,1 M€ par le Fonds Européen de Développement Régional (FEDER). Avec l'investissement de fonds européens dans des projets Interreg, l'Union européenne investit directement dans le développement économique, l'innovation, le développement territorial, l'inclusion sociale et l'éducation dans l'Euregio Meuse-Rhin.
Référence scientifique
- Morodo, R. Riva, N. M. S. van den Akker, D. G. Molin, C. Jérôme and J.-C. M. Monbaliu, Accelerating the End-to-end Production of Cyclic Phosphate Monomers with Modular Flow Chemistry, Chem. Sci. 2022, 13, 10699-10706.
Chemical Science est la revue porte-étendard de la Royal Society of Chemistry. Cette étudez a été listée parmi les recherches les plus marquantes de l’année 2022 (2022 Chemical Science HOT Article Collection). Cet article est en open access, et peut être lu gratuitement en ligne.
Financement
Programme Interreg V-A Euregio Meuse-Rhine (EMR) (IN FLOW)
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