Formation et caractérisation physico-chimique des complexes ADN/chitosane pour la thérapie génique

La thérapie génique est un secteur biomédical en plein essor et de nombreux vecteurs nonviraux à partir de polymères cationiques ont été étudiés pour la livraison de gènes. Le système de livraison de gènes doit condenser l'ADN, le protéger contre la dégradation par les nucléases, faciliter son entrée dans les cellules et transporter l'ADN jusqu'au noyau pour permettre l'expression des gènes. Ce projet consiste à approfondir notre compréhension d'un système prometteur pour la livraison de gènes: les complexes ADN/chitosane. Les objectifs principaux de cette thèse étaient de déterminer les interactions qui régissent la formation des complexes ADN/chitosane, de caractériser leurs propriétés physico-chimiques et d'étudier leur stabilité afin d'établir une corrélation avec leur efficacité de transfection. Dans un premier temps, l'association entre le chitosane et un ADN plasmide en fonction du pH, du degré de désacétylation (DDA) et de la masse molaire (Mn) du chitosane a été étudiée par microcalorimétrie de titrage isotherme (ITC). Cette étude nous a permis de déterminer la constante d'interaction, l'enthalpie d'interaction et la stoechiométrie des complexes. Nous avons trouvé que l'interaction chitosane-ADN est couplée avec un transfert de protons du système tampon au chitosane. Le transfert de proton est occasionné par la nature fortement anionique de l'ADN qui facilite l'ionisation des amines du chitosane lors de la complexation. De plus, nous avons démontré que l'enthalpie d'interaction mesurée était entièrement due aux changements d'ionisation du chitosane et du tampon. Nous avons trouvé une constante d'interaction chitosane-ADN de l'ordre de 109-1010 M-1 et qui augmente avec la diminution du pH. Ceci est attribué aux interactions électrostatiques plus intenses lorsque le degré d'ionisation du chitosane est plus élevé. Nous avons également mesuré une augmentation par dix de la constante d'affinité pour une augmentation de la masse molaire du chitosane de 7 à 153 kDa. Cette constante varie peu pour un DDA compris entre 72% et 80% (~80 kDa). En revanche, un DDA variant de 80 à 93% augmente la constante d'affinité pour atteindre une valeur proche du chitosane avec un Mn de 153 kDa et un DDA de 80%. Ces résultats montrent qu'il est possible de contrôler l'affinité chitosane-ADN par le pH et les caractéristiques moléculaires du chitosane. Cette étude a démontré que la formation des complexes ADN/chitosane est gouvernée par des interactions électrostatiques.