Chitine et chitosane

Chitine, cellulose, GAGs (et PGs) forment la troïka des biopolymères polysaccharidiques qui structurent le vivant ! On trouve la chitine dans les parois cellulaires de champignons et d’algues, dans les exosquelettes d’arthropodes et d’insectes, mais aussi dans les céphalopodes, les mollusques… On en trouve dans les trilobites du Cambrien, et même dans des fossiles de l’Eocène (il y a 25 millions d’années) ! C’est le biopolymère le plus abondant sur terre après la cellulose (cf. Cellulose).

La chitine a été isolée pour la première fois à partir d’un champignon en 1811 par le chimiste français Henri Braconnot qui l’appela fungina, mais c’est en 1823 qu’Auguste Odier isole le même résidu insoluble et le nomme chitine du grec χιτών signifiant « tunique », par analogie entre la coquille protectrice des arthropodes et le vêtement.
lEn 1859, Charles Rouget obtient une chitine modifiée par traitement avec de la potasse concentrée à température élevée ; ce produit soluble dans les solutions aqueuses acides, est baptisé chitosan ou chitosane par le chimiste allemand Félix Hoppe-Seyler en 1894. Sa structure fut déterminée au cours de sa thèse par Albert Hofmann, spécialiste des produits naturels et militant pro-LSD
Chitine et chitosane sont des copolymères linéaires, aléatoires, de glucosamine et de N-acétyl-glucosamine. Ils se différencient surtout par leur degré d’acétylation (DDA), qui rend compte de leur degré de solubilité. Leur structure est très proche de celle de la cellulose. Selon son environnement et sa structure, la chitine apparaît plutôt molle comme dans la chenille ou très dure dans les crustacés.
Quelques 10 000 publications récentes, dont plusieurs livres traitent des multiples applications recensées ou potentielles de ces composés, considérés comme une des plus prometteuses bioressources. Les principaux domaines explorés sont l’agriculture, l’alimentation, la médecine et la chirurgie, les biotechnologies et les textiles, la cosmétique, le traitement des eaux, les polymères et leurs applications...
Bien que les végétaux supérieurs ne contiennent pas de chitine, la chitinase est une hydrolase commune de défense des plantes contre les attaques par des champignons pathogènes (ce qu’on appelle un éliciteur) et utilisée par conséquent comme bio-pesticide. La chitine augmente aussi le rendement des cultures, et la résistance des pommes cueillies aux attaques de parasites…
Un règlement européen (N°53-2011) liste les pratiques œnologiques désormais autorisées, notamment les produits pour la clarification, dont le chitosane et le chitine-glucane d’origine fongique.

Déjà utilisé pour sa bio dégradabilité et sa biocompatibilté pour le fil de sutures et divers pansements, le chitosane trouve de nouvelles applications avec la mise au point, au Japon, d’un pansement adhésif et auto-cicatrisant, particulièrement fin (75 nm) et souple, qui épouse ainsi parfaitement la forme de l’organe sur lequel on le fixe : un poumon de chien lésé a ainsi été pansé avec cicatrisation et résorption du matériau en moins d’un mois. Des substituts vasculaires à base d’hydrogel physique de chitosane sont expérimentés.

La préparation de nanoparticules de chitine sous forme de billes iso-disperses ouvre la voie à de nouvelles possibilités : associées à une molécule active (en surface ou incluse), elles permettent de développer la vectorisation de protéines, de fragments d’ADN, de divers médicaments, d’immuno-adjuvants, d’hormones, le greffage d’agents de contraste… Un ARN interférant comme le siRNA peut ainsi être transporté en quantités importantes par formation de paires d’ions entre ses charges négatives et la surface positivement chargée du chitosane.

La voie est aussi ouverte à de nouvelles techniques en agriculture, agro-alimentaire et biotechnologie, avec l’immobilisation d’enzymes, de produits phytosanitaires, la protection et la diffusion contrôlée d’arômes… Il est également possible de construire des bio-composites haute performance, dont la matrice polymère est renforcée par des nano-fibrilles cristallines à l’instar de ce qui se passe naturellement dans la nature. L’autoassemblage de type cristal liquide de courtes fibres de chitines en milieu aqueux mime la géométrie présente dans les tissus biologiques et le phénomène de morphogénèse.

L’intérêt s’est également porté vers les diverses modifications chimiques de la chitine et du chitosane dans le but d’améliorer leur solubilité et d’élargir encore l’éventail de leurs applications. La préparation de dérivés de faible poids moléculaire, hydrosolubles, et possédant un groupe amine libre, les chito-oligosaccharrides (ou COSs) multiplie leurs possibilités d’application. Les dérivés phosphorylés se sont avérés particulièrement prometteurs, car ils présentent de nombreux avantages : propriétés anti-inflammatoires, possibilité de former des complexes avec divers métaux, compatibilité avec le fluide sanguin, formation de polyélectrolytes anioniques… Les billes d’hydrogel à base de chitosane permettent des applications quasi-infinies dans le domaine biomédical, et les implications futures en thérapie génique sont l’objet de recherches intensives !

Il est possible de préparer des nanoparticules semi-conductrices, des papiers et des textiles ayant des propriétés antimicrobiennes et antifongiques ; mais aussi des membranes séparatives et des résines échangeuses d’ions pour le traitement des eaux usées. On s’en sert, dans les pays arides, pour retenir l’eau de la rosée…

Même si l’utilisation industrielle actuelle des chitines, chitosanes et autres dérivés n’est que 10 000 t/an, heureusement la bioressource, évidemment renouvelable, est estimée à 1011 t/an.

Pensée du jour :
« Chitine et chitosane : de quoi rêver notre futur ! »

Sources :

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