Hypothalamic eIF2α signaling regulates food intake.

The reversible phosphorylation of the α subunit of eukaryotic initiation factor 2 (eIF2α) is a highly conserved signal implicated in the cellular adaptation to numerous stresses such as the one caused by amino acid limitation. In response to dietary amino acid deficiency, the brain-specific activation of the eIF2α kinase GCN2 leads to food intake inhibition. We report here that GCN2 is rapidly activated in the mediobasal hypothalamus (MBH) after consumption of a leucine-deficient diet. Furthermore, knockdown of GCN2 in this particular area shows that MBH GCN2 activity controls the onset of the aversive response. Importantly, pharmacological experiments demonstrate that the sole phosphorylation of eIF2α in the MBH is sufficient to regulate food intake. eIF2α signaling being at the crossroad of stress pathways activated in several pathological states, our study indicates that hypothalamic eIF2α phosphorylation could play a critical role in the onset of anorexia associated with certain diseases.This work was supported by grants from “Fondation pour la Recherche Médicale,” “Société Française de Nutrition,” Ajinomoto Amino Acid Research Program (3ARP), and “Agence Nationale pour la Recherche.”This is the final version of the article. It first appeared from Elsevier via http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2014.01.00

Etude de systèmes multiphases biodégradables à base d'amidon de blé plastifié (relations structure-propriétés, approches de la compatibilisation)

Des approches antérieures avaient montré que pour des mélanges amidon plastifié / polyester biodégradable, on obtenait des niveaux différents de compatibilité entre phases. Cette étude qui poursuit ces travaux antérieurs a pour objet de comprendre et prévoir les phénomènes mis en jeu puis apporter des solutions. Ce travail de thèse consiste dans un premier temps à étudier la compatibilité interfaciale de ces systèmes par l'intermédiaire de leurs propriétés interfaciales, mécaniques, rhéologiques et structurales, ainsi que d'établir différentes relations structure-propriétés. Les limites des associations amidon plastifié / polyester biodégradable sans agent de compatibilisation étant connues, la deuxième partie du travail est orientée vers l'incorporation de compatibilisants par deux approches différentes : compatibilisation in-situ et compatibilisation par addition d'un copolymère greffé amphiphile : l'amylose-g-PLAPrevious approaches had shown different levels of compatibility between phases for plasticized wheat starch / biodegradable polyester blends. The aim of the present study, which carries on these former works, is to understand and to forecast the existing phenomena, and then to bring solutions. In the first part, this thesis consists of studying the interfacial compatibility of these systems through their interfacial, mechanical, rheological and structural properties, as well as establishing different structure-properties relationships. The limits of the associations of plasticized starch with biodegradable polyester without compatibilisation agent being known, the second part of this work is then turned towards the incorporation of compatibilising agents thanks to two different approaches : in-situ compatibilisation and compatibilisation by addition of an amphiphilic grafted copolymer : amylose-g-PLAREIMS-BU Sciences (514542101) / SudocSudocFranceF

Nano-biocomposites (études de systèmes structurés à base de polyhydroxyalcanoates et montmorillonites)

Les polyhydroxyalcanoates (PHAs) étudiés sont des polyesters biodégradables et biocompatibles synthétisés par fermentation bactérienne de produits dérivés de la canne à sucre. Ces biopolymères présentent notamment une bonne rigidité et un taux de cristallinité très important. Cependant, leur comportement mécanique fragile et leur faible stabilité thermique limitent encore leur développement. L élaboration de nano-biocomposites, i.e. l incorporation et la dispersion de charges de taille nanométrique telles que les montmorillonites dans la matrice PHA vise donc à pallier ces déficiences. L analyse des relations procédé-structure-propriétés ont montré que les facteurs clés contrôlant l élaboration de ces matériaux nanostructurés sont l affinité polymère-argile, le taux de charge et la voie d élaboration (voie "solvant" vs. "fondu"). Par ailleurs, une étude spécifique a montré que les organomodifiants utilisés pour compatibiliser le polymère et la charge, et dans une moindre mesure, les résidus de fermentation, affectent la stabilité thermique et thermomécanique des PHAs. Différentes approches (enrobage des feuillets d argile par greffage de biopolyester, redispersion de masterbatch ) ont donc été explorées afin de limiter la dégradation de la matrice mais également d améliorer la dispersion de la charge et de mieux compatibiliser la charge et la matrice. Ces études ont montré que la dispersion directe d un faible taux de Cloisite®30B (< 3%pds) dans le PHA à l état fondu présente le meilleur compromis en terme de dégradation limitée, de qualité de dispersion et donc de propriétés du matériau final.Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biodegradable and biocompatible polyesters produced from renewable resources by bacterial fermentation. These biopolymers are stiff and highly crystalline. Nevertheless, they are not fully competitive compared to conventional polymers since they exhibit brittleness and poor thermal stability. Therefore, to improve their properties, PHA-based nano-biocomposites were prepared by adding nano-sized fillers such as montmorillonites (a clay layered silicate). The process-structure-properties relationships have been investigated. They have shown that the polymer-clay affinity, the filler content and the elaboration route (solvent vs. melt intercalation) are key factors for elaboration of these nanostructured materials. Moreover, a specific study evidenced that organomodifiers used as polymer-clay compatibilizers and, in a less extent, the fermentation residues affect the thermal and thermo-mechanical PHAs stability. Different approaches (biopolyester grafting on the clay surface, masterbatch route, ) were thus considered to limit the matrix degradation, but also to improve the clay nanodispersion and the polymer-clay affinity. This work has revealed that melt mixing of less than 3 wt% of Cloisite®30B with PHA leads to better results in terms of limited degradation, clay dispersion and thus properties of the final material.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Nano-biocomposites (systèmes structurés à base d amidon plastifié et d argiles)

Les bioplastiques représentent une solution élégante aux problèmes environnementaux induit par l utilisation de plastiques issus de ressources non renouvelables. Parmi les différents biopolymères pouvant être développés, l amidon apparaît être une solution écologiquement viable puisque que ce matériau est directement produit lors de la phase de croissance de la plante et ensuite extrait. Néanmoins, s il est possible de développer des matériaux plastiques à partir de cette matrice amylacée, de nombreuse faiblesses, telles que de faibles propriétés mécaniques et une forte sensibilité à l eau, restent à solutionner. L introduction et de charges nanométriques (nanocharges) de type argile (montmorillonite et sépiolite), en vue de produire des matériaux nano-biocomposites, vise à pallier à ces principales déficiences. L analyse de l influence de la nature de la surface de la nanocharge a clairement montré le rôle majeur de l utilisation d un comptabilisant à l interface matrice/nanocharge, à savoir l'amidon cationique. Par ailleurs, le rôle du plastifiant sur la dispersion et les propriétés résultantes de ces nano-biocomposites a également été étudié. L ensemble de ces travaux a révélé des nano-structures complexes, fortement influencées par la polarité des différents éléments constitutifs de ces matériaux nano-biocomposites, mais a également clairement éclairé la forte valeur ajoutée d une telle démarche. Enfin, une étude plus fondamentale nous a permis de mieux décrire l influence de ces nanocharges, en fonction de leur état de dispersion, sur le comportement mécanique macroscopique de ces matériaux.Bioplastics are a powerful strategy to answer to the environmental diseases induced by non-degradable plastics produced from non renewable resources. Since starch is inherently biodegradable and produced during the plant growth, it seems to be a suitable option to develop environmentally friendly materials. Nevertheless, even if bioplastics can be produced with this biomacromolecule, the resulting materials are very sensitive to water and have low mechanical properties. The dispersion of nanosized fillers (nanofillers), like clays (montmorillonite, sepiolite), to produce nano-biocomposite materials, is an interesting option to overcome these weaknesses. The influence of the nanofillers surface treatment has been studied and has highlighted the key role of this parameter on the resulting morphology. It has been demonstrated that the use of a clay compatibilizer, namely cationic starch, is required to have an optimal dispersion quality. Moreover, one part of this study has revealed the influence of the plasticizer on the nanofillers morphology. Thus, these analyses have shown complex morphologies, influenced by the polarity of the different components of the nano-biocomposites, but have also demonstrated the added value of such development. Finally, a more fundamental work allowed us a better understanding of the nanofiller influence, as a function of their dispersion state, on the macroscopic mechanical behaviour of these materials.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Nouvelles stratégies d hydrophobation de matériaux à base d amidon plastifié

L amidon plastifié est un candidat attractif pour la substitution des polymères pétrochimiques traditionnels. Son utilisation reste cependant limitée notamment à cause de sa forte hydrophilie. Le présent travail s est attaché à optimiser la formation et l adhésion de couches de surface hydrophobes, visant à limiter la cinétique de reprise en eau du matériau amylacé. Deux voies ont été étudiées : - la formation d une couche de surface enrichie en biopolyester, liée à une ségrégation de la phase dispersée vers la surface au cours de la mise en œuvre de mélanges amidon plastifié/polycaprolactone (PCL). L étude de ce phénomène au cours d un procédé d extrusion en filière à profilé plat a mis en évidence l influence de la viscosité de la phase biopolyester sur l enrichissement de surface. Un critère prédictif de l intensité de cet enrichissement, corrélé au comportement rhéologique du mélange, a été proposé. - le dépôt de couches hydrophobes de type plasma carbone, sur des substrats biopolyesters simulant la couche de surface enrichie obtenue au cours de la mise en œuvre. Les mesures de perméabilité aux gaz (O2 et H2O) effectuées ne montrent pas d amélioration des propriétés barrière des substrats revêtus. La mobilité des substrats sélectionnés conduit en effet à des interactions importantes avec les espèces réactives du plasma et à la formation d interphases de morphologie et de composition inadaptées. Ce comportement (également observé pour les élastomères) pourrait être intrinsèque à l amidon plastifiéPlasticized starch is regarded as a potential replacement material for traditional petrochemical polymers. Its use is however limited by, beyond others, its high hydrophilic nature. The present work aims at optimizing the formation and adhesion of hydrophobic surface coatings, to reduce the water sorption rate in starchy materials. Two strategies have been studied: - the formation of surface enriched in biopolyester, due to the segregation of the dispersed surface towards the surface during the processing of plasticized starch/polycaprolacton (PCL) blends. The surface enrichment, studied during extrusion through the use of a die punt, is strongly influenced by the viscosity of the dispersed phase. A predictive criterion for surface enrichment, correlated to the blend viscous behaviour, has been proposed. - hydrophobic carbon plasma coatings, on biopolyesters substrates, simulating the enriched surface obtained through processing. The coated substrates do not exhibit any improvement in gas barrier properties. The rubbery behaviour of selected biopolyesters leads indeed to strong interactions between the reactive species of the plasma and the substrate, and the formation of interphases with inadequate composition and morphology. This behaviour (also observed for elastomeric polymers) could be intrinsic to plasticized starchREIMS-BU Sciences (514542101) / SudocSudocFranceF

Synthèse enzymatique de biopolyesters et développement des systèmes nanohybrides

L'objectif de ce travail est de développer des catalyseurs originaux et performants à base de lipases immobilisées sur argiles pour la synthèse de biopolyesters et d obtenir des nanohybrides organique/inorganique par greffage de chaînes polyesters sur les nanoparticules d'argiles. Deux argiles (sépiolite et montmorillonite) ont été utilisées pour l'immobilisation de Candida antarctica lipase B (CALB) et les catalyseurs obtenus ont été testés en polymérisation de l' -caprolactone et des isomères de lactide. Les cinétiques de polymérisation et la caractérisation des polyesters ont montré que les lipases immobilisées sur montmorillonite sont plus performantes que celles immobilisées sur sepiolite. L organo-modification de ces argiles améliore l activité catalytique des systèmes obtenus. L'utilisation de CALB immobilisée sur montmorillonite a permis l élaboration de nanohybrides organique/inorganique via le greffage et la croissance des chaînes polyesters à partir de la surface de l argile. Finalement, des copolyesters statistiques PCL/PLA ont été obtenus avec succès par polymérisation enzymatique du D-lactide avec l' -caprolactone.This thesis aims at presenting the use and development of original catalytic systems based on lipases immobilized on clays which are efficient for the synthesis of biopolyesters and allowing the preparation of organic/inorganic nanohybrids based on clay nanoparticles (sepiolite and montmorillonite) grafted with such polyesters. These nanoclays were used as lipase supports and the clay-immobilized forms of Candida antarctica lipase B (CALB) were tested for -caprolactone and lactide isomers polymerization. Polymerization kinetics and characterization of resulting materials have shown that lipases immobilized on montmorillonite show better performances compared to the ones immobilized on sepiolite. Clay surface organo-modification has proved to greatly enhance the catalytic activity of the corresponding systems. CALB immobilized on montmorillonite allowed the elaboration of organic/inorganic nanohybrids as evidenced by the effective grafting of polyester chains from the clay surface. Finally, random PCL/PLA copolyesters were successfully obtained by lipase-catalyzed copolymerization of D-lactide with -caprolactone.STRASBOURG-Bib.electronique 063 (674829902) / SudocSudocFranceF

Bio-nanocomposites based on starch

It has been seen that starch bio-nanocomposite systems are complex systems that are tuneable via type of nanofillers, design of nanofiller geometry (size, shape), design of nanofiller surface chemistry, starch type and modification, starch–plasticiser– nanofiller interactions, and processing conditions. These parameters have major effects on structure, processibility, final mechanical, thermal, barrier and other properties, and biodegradation of starch nanocomposites. If these interactions are well controlled, and the desired structure and hence final performances are achieved, starch bionanocomposites offer great promise to extend the application of starch-based polymers into wider more demanding applications

Incorporation de co-produits de paille de blé dans des matrices thermoplastiques (approche de la comptabilité charge-matrice et propriété des composites)

Le blé est une des ressources agricoles de la région Champagne Ardenne et ses co-produits (son , paille,) sont valorisés par des entreprises pour des applications non alimentaires. L'objectif de mes travaux était de valoriser un co-produit lignocellulosique, issu d'un procédé industriel d'hydrolyse de paille de blé. Dans cette perspective, des matériaux composites innovants à matrice thermoplastique chargée par ces matériaux lignocellulosiques ont été élaborés par extrusion. Deux types de matrice ont été considérés : une matrice polypropylène de nature hydrophobe pour des applications en automobile et une matrice polyester biodégradable moins hydrophobe pour des applications dans les secteurs agricole ou de l'emballage. Les composites élaborés à partir de polypropylène sont rigides et cassants même avec une incorporation de seulement 10% en poids de matériaux lignocellulosiques. L'ajout d'un agent de pontage n'a pas permis de modifier ce comportement. Par contre, l'incorporation d'un taux de charge de 30% dans le polyester permet de conserver ses propriétés de ductilité avec un très bon effet renforçant. Pour expliquer ces différences de comportement mécanique, les propriétés de surface ont été évaluées à travers l'étude de la mouillabilité des différentes matières premières. Ainsi, le polyester apparaît être la matrice la plus adaptée pour être chargée par les co-produits de paille de blé étudiés car la tension interfaciale de ces systèmes est proche de zéro. Ces composites présentent donc une bonne compatibilité charge - matrice contrairement aux composites à base de polypropylèneWheat is one of main agricultural resources of Champagne-Ardenne (French region). Some by-products such as bran or straw are given an added value by local firms for non food applications. The objective of this work was to develop some outlets for lignocellulosic materials which are produced from an industrial hydrolysis process of wheat straw. At this prospect, new composites based on these fillers have been made by extrusion followed by injection moulding. Two types of matrices have been used: hydrophobic polypropylene for automotive applications and biodegradable polyester for agricultural or packaging applications. Composites based on polypropylene are rigid and brittle even at low lignocellulosic contents (10% wt). Unfortunately, the addition of coupling agents did not modify this mechanical behaviour. On opposite, matrix ductility is preserved for reinforced polyester till 30% wt of filler. To try to explain these two different mechanical behaviours, surface properties have been investigated by contact angle measurements. Result is that polyester seems to be the most suited matrix for the studied lignocellulosic fillers, because in this case determined interfacial tensions are close to zero. This material shows better filler - matrix compatibility compared to composites based on polypropyleneREIMS-BU Sciences (514542101) / SudocSudocFranceF

Green synthesis of biobased soft foams by Aza-Michael reaction

International audienceThe world has been facing a major resources crisis for few decades. In order to tackle with such environmental issues, new solutions have to be found in order to replace fossil resources by more sustainable, biobased resources. One of the most promising biobased resources are vegetable oils which are used as building blocks for renewable polymers synthesis. Industrial productions and the corresponding chemical structures make oleo-chemistry very attractive. Nevertheless, such building blocks have to compete with usual petrol-based monomers. Hence, this work focuses on the development of new foams in order to replace toxic isocyanate-based polyurethanes foams. Different efficient soft foams were obtained for the first time by Aza Michael reactions, using acrylated soybean oils and biobased amines, with an original chemical blowing system. Properties of the foams have been studied in order to determine the influence of the different structures in terms of morphologies, glass transition, hardness or deformation…. Homogeneous open cells foams with a pore size from 0.1 to 0.5 mm were obtained. Flexible foams were obtained with glass transition form-20 °C to-7 °C. These soft foams demonstrated a time recovery about few seconds and exhibited similar properties to equivalent commercial fossil-polyurethane foams, without the use of highly toxic chemicals