GELS BIOSOURCÉS À BASE DE CO-PRODUITS CÉRÉALIERS POUR LA LIBÉRATION CONTRÔLÉE DE MOLÉCULES BIOACTIVES AU NIVEAU DU CÔLON

Les arabinoxylanes féruloylés (AXf), polysaccharides non amidonnés majoritaires des parois de céréales, sont des polymères d’arabinose et de xylose, biosourcés et biodégradables, qui ont la capacité de former des hydrogels covalents par réticulation des acides féruliques qu’ils portent sur leurs chaines latérales. Ils peuvent se substituer aux polymères de synthèse dont la biodégradabilité et la biocompatibilité peuvent être questionnées. En outre, la formation des gels d'AXf peut être réalisée par des procédés verts sans solvant, i.e. par oxydation enzymatique ou physique des acides féruliques. La nature covalente des gels d’AXf leur confère une capacité d’absorption d’eau élevée ainsi qu’une grande stabilité au pH, à la température et à la force ionique. Leurs propriétés de gonflement et leur structure macroporeuse (taille de pore allant d'une dizaine de nm à 400 nm) en font d’excellentes matrices d’encapsulation. De plus, le caractère non digestible par l’homme mais fermentescible des AXf permet la libération contrôlée de molécules thérapeutiques au niveau du côlon. Si les relations entre la structure des AXf et les propriétés des gels ont été largement étudiées, l’impact de la structure moléculaire des AX sur la capacité d’encapsulation des gels et leur stabilité en conditions digestives ainsi sur leur dégradation au niveau du colon en lien avec la libération des molécules encapsulées n’a été que partiellement abordé.

Le projet de thèse visera donc, dans un premier temps, (i) à construire et caractériser des gels d’AXf ayant des structures moléculaires contrastées en utilisant différentes sources céréalières, (ii) à produire et caractériser des billes de gel millimétriques et enfin, (iii) à étudier la stabilité des billes de gel lorsqu’elles sont soumises à des conditions physico-chimiques et enzymatiques mimant celles du tractus gastro-intestinal jusqu’au côlon (fluides et enzymes digestives humaines et hydrolases microbiennes). La seconde partie aura pour objectif (i) de caractériser la capacité d’encapsulation des différents gels et d’étudier la libération des molécules encapsulées en conditions digestives in vitro. Pour ce faire, deux molécules thérapeutiques modèles, l’alpha-lactalbumine bovine et la lactoferrine qui sont des protéines laitières immunorégulatrices avec des bioactivités potentiellement intéressantes dans le traitement local du cancer colorectal, seront utilisées.

 

Feruloylated arabinoxylans (AXf), the main non-starch polysaccharides found in cereal walls, are biosourced and biodegradable arabinose and xylose polymers that can form covalent hydrogels by cross-linking the ferulic acids on their side chains. They can replace synthetic polymers whose biodegradability and biocompatibility may be questionable. In addition, AXf gels can be formed using green solvent-free processes, i.e. by enzymatic or physical oxidation of ferulic acids. The covalent nature of AXf gels gives them a high water absorption capacity as well as great stability to pH, temperature and ionic strength. Their swelling properties and macroporous structure (pore size ranging from around ten nm to 400 nm) make them excellent encapsulation matrices. In addition, the non-digestible but fermentable nature of AXf enables the controlled release of therapeutic molecules in the colon. While the relationship between the structure of AXf and the properties of gels has been extensively studied, the impact of the molecular structure of AXf on the encapsulation capacity of gels and on the release of encapsulated molecules has only been partially addressed.

The aim of the thesis project will therefore initially be (i) to construct and characterise AXf gels with contrasting molecular structures using different cereal sources, (ii) to produce and characterise millimetre-sized gel beads and, finally, (iii) to study the stability of the gel beads when they are subjected to physico-chemical and enzymatic conditions mimicking those of the gastrointestinal tract up to the colon (digestive fluids and enzymes and microbial hydrolases). The second part will aim to (i) characterise the encapsulation capacity of the different gels and (ii) study the release of encapsulated molecules under digestive conditions in vitro. Two model therapeutic molecules, bovine alpha-lactalbumin and lactoferrin, immunoregulatory milk proteins with potentially interesting bioactivities in the local treatment of colorectal cancer, will be used for this purpose.

Autre financement public

Un séjour de trois mois au Mexique sera fiancé dans l'équipe du Professeur Elizabeth Carvajal-Millan (Biopolymers CTAOA, Carretera Gustavo Enrique Astiazaran Rosas 46, Hermosillo 83304, Sonora, Mexico) pour fabriquer des sphères de gels d'AX par atomisation.

La thèse se déroulera au sein de l'UMR IATE (INRAE, Université Montpellier, Institut Agro). Cette UMR développe une approche scientifique pluridisciplinaire pour la caractérisation, la transformation et la valorisation des agro-ressources renouvelables issues des filières agricoles, forestières et agro-alimentaires. Les enseignant-chercheurs et chercheurs de IATE impliqués dans l'encadrement de la thèse sont membres de l'équipe GRAINES, dont les activités couvrent la transformation des graines et matrices alimentaires aux propriétés nutritionnelles optimisées à partir de ressources issues du végétal. (https://iate-montpellier.fr/equipes/grain-e-s)

Doctorat de biochimie et physico-chimie alimentaires

France

Université Montpellier

GAIA: Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau

Obtention d'un M2 ou parcours ingénieur en biochimie, physico-chimie, sciences des matériaux. Les plus : un intérêt ou des compétences sur la nutrition et la santé.

Compétences en enzymologie et en physico-chimie.

Compétences relationnelles pour le travail en équipe. Bonnes pratiques de laboratoires maitrisées.

Compétences rédactionnelles, anglais scientifique parlé et écrit, Autonomie, curiosité, rigueur et dynamisme.

Une expérience en laboratoire de recherche peut constituer un atout mais n'est pas requise pour postuler.

 

M2 or engineering degree in biochemistry, physical chemistry, soft material science.

Additional information: interest or skills in nutrition and health. Skills in enzymology and physical chemistry.

Good interpersonal skills for teamwork.

Good laboratory practices.

Writing skills, written and spoken scientific English.

Autonomy, curiosity, rigor and dynamism.

Experience in a research laboratory may be an asset, but is not required to apply.