Des éthers de cellulose aux bio-aérogels : Vers des vecteurs de médicaments sans additifs

Abstract

This thesis explores the potential of neat cellulose ethers, particularly carboxymethyl cellulose (CMC) and methylcellulose (MC), for making aerogels aimed at drug delivery applications and complex shape manufacturing via 3D printing. Despite the widespread use of cellulose ethers in medicine and industry, neat CMC or MC aerogels remain scarcely explored. Lightweight aerogels with high specific surface area (up to several hundred m²/g) were prepared through non-solvent induced phase separation followed by supercritical CO₂ drying. Alternative drying routes, such as freeze-drying and evaporative drying, were also used to produce cryogels and xerogels for comparative analysis. The structure and morphology of the materials were thoroughly characterized, and drug release behavior was assessed using a model drug (L-Ascorbic acid 2-phosphate) in simulated wound exudate. The results demonstrate that both CMC and MC aerogels are promising candidates for drug delivery. Mechanical properties of CMC aerogels and cryogels were evaluated via uniaxial compression tests combined with digital image correlation. Direct ink writing was successfully applied to neat CMC solutions without any additives or crosslinking, only by adjusting solutions' rheological properties. Aerogels were then made from the printed structures through drying with supercritical CO2. These findings provide an important basis for the design and manufacturing of customized biopolymer porous scaffolds for drug delivery, tissue engineering, and other related applications.Cette thèse explore le potentiel des éthers de cellulose purs, en particulier la carboxyméthylcellulose (CMC) et la méthylcellulose (MC), pour la fabrication d'aérogels destinés à des applications en administration de médicaments ainsi qu'à la production de formes complexes via l'impression 3D. Bien que les éthers de cellulose soient largement utilisés dans les domaines médical et industriel, les aérogels obtenus à partir de CMC ou de MC non modifiés restent très peu étudiés. Des aérogels légers, présentant une surface spécifique élevée (jusqu'à plusieurs centaines de m²/g), ont été préparés par séparation de phase induite par non-solvant, suivie d'un séchage au CO₂ supercritique. D'autres procédés de séchage, tels que la lyophilisation et le séchage évaporatif, ont également été utilisés pour produire respectivement des cryogels et des xérogels, dans un but comparatif. La structure et la morphologie des matériaux ont été caractérisées de manière approfondie, et le comportement de libération du médicament a été évalué à l'aide d'un médicament modèle (acide L-ascorbique 2-phosphate) dans un exsudat simulé de plaie. Les résultats montrent que les aérogels de CMC et de MC constituent des candidats prometteurs pour l'administration de médicaments. Les propriétés mécaniques des aérogels et des cryogels de CMC ont été mesurées par des essais de compression uniaxiale couplés à une analyse par corrélation d'images numériques. L'impression directe à l'encre a été appliquée avec succès, pour la première fois, à des solutions aqueuses de CMC sans aucun additif ni agent de réticulation, uniquement en ajustant leurs propriétés rhéologiques. Des aérogels ont ensuite été obtenus à partir des structures imprimées, par séchage au CO₂ supercritique. Ces résultats fournissent une base importante pour la conception et la fabrication de structures poreuses personnalisées à base de biopolymères, destinées à des applications en administration de médicaments, en ingénierie tissulaire et dans d'autres domaines biomédicaux connexes