BEGIN:VCALENDAR VERSION:2.0 PRODID:-//wp-events-plugin.com//7.4.0.1//EN TZID:Europe/Paris X-WR-TIMEZONE:Europe/Paris BEGIN:VEVENT UID:214@iem.umontpellier.fr DTSTART;TZID=Europe/Paris:20260903T090000 DTEND;TZID=Europe/Paris:20260903T130000 DTSTAMP:20260821T132938Z URL:https://iem.umontpellier.fr/events/soutenance-de-these-de-le-3-septemb re-2026-a-9h/ SUMMARY:Soutenance de thèse de Ioan STROIA le 3 septembre 2026 à 9h DESCRIPTION:Ioan STROIA\nsoutiendra sa thèse le jeudi 3 septembre 2026 à 9h\nIEM\, salle de conférences\n\n \nTransport transmembranaire biomimé tique hautement sélectif de l’eau et des ions\n \;\n\n \;\n\nR ésumé :\n\nLe transport transmembranaire de l’eau\, des ions et d’a utres espèces physiologiquement pertinentes est un processus fondamental dans toutes les formes de vie connues. Des protéines de transport transme mbranaire spécialisées orchestrent le passage de ces solutés avec une s électivité remarquable\, en réponse à divers stimuli\, notamment les g radients électrochimiques\, la lumière\, la température et la signalisa tion chimique. Imiter la fonction des canaux naturels représente une stra tégie ambitieuse et de pointe pour traiter les maladies associées au dys fonctionnement des protéines de transport\, tout en contribuant au dével oppement de technologies industrielles émergentes dans la purification de l’eau\, la production d’énergie et le stockage de l’énergie. Bien que des progrès importants aient été réalisés dans le développement de systèmes biomimétiques de transport de l’eau et des ions\, la sél ectivité des transporteurs artificiels reste encore très inférieure à celle des protéines de transport naturelles. Dans les applications biomé dicales\, par exemple\, le rôle précis et l’importance de la sélectiv ité des transporteurs ne sont pas encore entièrement compris. En parall èle\, dans le dessalement de l’eau de mer par osmose inverse\, seul un nombre limité de canaux artificiels pour l’eau\, AWCs\, a réussi à d épasser partiellement le compromis classique entre perméabilité et sél ectivité.\n\nDans cette thèse\, différentes stratégies biomimétiques de conception de novo de transporteurs sélectifs et de canaux auto-assemb lés sont mises en œuvre afin d’obtenir un transport transmembranaire t rès efficace du nitrate\, du potassium et de l’eau.\n\nPlus préciséme nt\, le Chapitre 2 explore l’affaiblissement de la force des donneurs de liaison hydrogène\, HB\, en passant de donneurs N–H à des donneurs C –H ajustables\, à l’aide de structures simples à base de cyanostilb ène. Cette stratégie supprime le transport de Cl- en raison d’une comp ensation insuffisante de sa pénalité de déshydratation\, tout en conser vant un transport efficace de NO3- grâce à son énergie de déshydratati on plus faible. Elle conduit ainsi\, dans certains cas\, à des sélectivi tés NO3-/Cl- supérieures à 200. De manière intéressante\, un affaibli ssement supplémentaire de la force des donneurs C–H supprime même le t ransport de -\, ce qui oriente le système vers une translocation sélecti ve de l’eau. Les superstructures auto-assemblées de cyanostilbène gén èrent à la fois des voies de conduction pour les anions et pour l’eau\ , dans lesquelles des clusters d’eau sont stabilisés de façon transito ire par des interactions C–H···OH2. Ce chapitre démontre pour la pre mière fois comment une modulation subtile de la force et du mode de liais on peut gouverner directement la perméosélectivité vis-à-vis de l’ea u et des anions.\n\nLe chapitre 3 explore l’activité de transport trans membranaire des diastéréoisomères de l’hexachlorocyclohexane\, HCH\, un donneur moléculaire C–H simple. De manière intéressante\, parmi le s isomères α-\, β-\, γ- et δ-HCH\, seuls β- et δ-HCH présentent un e activité significative de transport d’anions\, malgré des propriét és de liaison aux anions similaires en solution. Plus précisément\, seu l δ-HCH assure le transport de Cl-\, tandis que β- et δ-HCH transporten t tous deux Br- et NO3-\, δ-HCH présentant une activité nettement plus élevée. Ces différences marquées proviennent de variations stériques subtiles entre les deux diastéréoisomères. L’encombrement stérique d ans β-HCH empêche la formation d’assemblages multivalents fortement co opératifs\, nécessaires pour compenser la pénalité de déshydratation du chlorure\, ce qui supprime le transport de Cl-. En revanche\, δ-HCH fo rme des complexes supramoléculaires fortement coopératifs qui stabilisen t efficacement le chlorure pendant sa translocation. Globalement\, ce chap itre démontre comment des effets stériques subtils peuvent gouverner de façon critique la perméosélectivité du transport transmembranaire.\n\n Dans le chapitre 4\, un transport transmembranaire ultra-sélectif de K+ e st obtenu à l’aide de pinces moléculaires simples comprenant des motif s de reconnaissance benzo-15-couronne-5 éther\, benzo-15C5\, greffés sur des cœurs dipicolinamide ou isophtalamide. Cette stratégie permet une c oordination cofaciale de K+\, c’est-à-dire une complexation de type san dwich\, entre deux unités benzo-15C5. Elle stabilise ainsi efficacement l e cation par déshydratation complète et le protège dans l’environneme nt hydrophobe de la membrane pendant sa translocation par mécanisme de tr ansporteur. En revanche\, le transport de Na+ est supprimé\, car ce catio n plus petit se lie de manière équatoriale dans la cavité centrale d’ un seul macrocycle 15C5. Ses positions axiales restent alors exposées à la membrane\, ce qui empêche la stabilisation efficace de type sandwich o bservée pour K+. La sélectivité K+/Na+ exceptionnellement élevée\, en viron 200\, associée à une sélectivité K+/H+ proche de 100\, dépasse les limites de sélectivité rapportées à ce jour pour les transporteurs synthétiques de K+. Ces propriétés remarquables de perméosélectivit é se reflètent dans le transport passif et le transport secondairement a ctif de K+\, menant à des réponses durables du potentiel membranaire qui rappellent celles des canaux naturels K+\, tels que KcsA.\n\nLe chapitre 5 présente une famille de macrocycles à structure persistante\, conçus pour accueillir une seule molécule d’eau par liaisons hydrogène mutuel les donneur-accepteur et pour permettre des interactions eau-eau au sein d u canal macrocyclique. Leur courbure négative\, c’est-à-dire leur géo métrie en selle\, facilite un auto-assemblage directionnel\, de type colo nnaire\, principalement guidé par des interactions π–π. Cet assemblag e génère des canaux d’eau fortement confinés\, dans lesquels les mol écules d’eau adoptent une orientation dipolaire unique\, dictée par le mode d’empilement supramoléculaire. Plus précisément\, un empilement syn induit des dipôles d’eau orientés syn\, tandis qu’un empilement anti favorise des arrangements dipolaires orientés anti. Ces modes d’e mpilement sont en partie contrôlés par les substituants greffés sur les échafaudages macrocycliques. Les canaux obtenus présentent une perméab ilité à l’eau modérée à élevée\, associée à un excellent rejet des sels\, ce qui fait de ces dérivés des candidats prometteurs pour des applications de dessalement de l’eau de mer. Ce potentiel est encore re nforcé par la compatibilité attendue des macrocycles aromatiques avec de s matrices membranaires polyaromatiques.\n\nDans l’ensemble\, cette thè se associe la conception moléculaire de transporteurs biomimétiques simp les\, potentiellement accessibles à grande échelle\, à des sélectivit és exceptionnellement élevées pour le transport de NO3-\, de K+ et de l ’eau. Elle ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour des applications b iologiques et pour le dessalement de l’eau de mer. En introduisant de no uveaux concepts et des connaissances mécanistiques précieuses\, ce trava il constitue une source d’inspiration pour le développement de système s de transport biomimétiques plus diversifiés et plus sélectifs\, desti nés à faire progresser leurs applications médicales et non médicales.\ n\nAbstract:\n\nTransmembrane transport of water\, ions and other physiolo gically relevant species is a fundamental process in all known forms of li fe. Specialized transmembrane transport proteins orchestrate the passage o f these solutes with exquisite selectivity in response to diverse stimuli\ , including electrochemical gradients\, light\, temperature and chemical s ignalling. Biomimicking the function of natural channels represents a chal lenging and cutting-edge strategy for treating diseases associated with dy sfunctional transport proteins\, while also advancing emerging industrial technologies in water purification\, energy production and storage. Althou gh significant progress has been made in the development of biomimetic wat er and ion transport systems\, the selectivity of artificial transporters still remains far below that of natural transport proteins. In biomedical applications\, for example\, the precise role and importance of transporte r selectivity are still not fully understood. In parallel\, for seawater r everse osmosis desalination\, only a limited number of artificial water ch annels (AWCs) have succeeded in partially overcoming the classical permeab ility/selectivity trade-off.\n\nIn this thesis\, different de novo design biomimetic strategies of selective carriers and self-assembled channels ar e implemented to achieve highly efficient transmembrane transport of nitra te\, potassium\, and water.\n\nSpecifically\, Chapter 2 explores the weake ning of hydrogen-bond (HB) donor strength from N–H to tunable C–H dono rs using simple cyanostilbene-based scaffolds. This strategy suppresses Cl - transport due to insufficient compensation of its dehydration penalty\, while retaining efficient NO3- transport owing to its lower dehydration en ergy\, leading to NO3-/Cl- selectivities exceeding 200 in some cases. Inte restingly\, further weakening of the C–H donor strength suppresses even NO3- transport\, shifting toward selective water translocation. The self-a ssembled cyanostilbene superstructures generate both anion- and water-cond ucting pathways\, where water clusters are transiently stabilized through C–H···OH2 interactions. Importantly\, this chapter demonstrates for t he first time how subtle modulation of binding strength and binding mode c an directly govern water and anion permselectivity.\n\nChapter 3 explores the transmembrane transport activity of the simple molecular C–H donor h exachlorocyclohexane (HCH) diastereoisomers. Interestingly\, among α-\, β-\, γ-\, and δ-HCH isomers\, only β- and δ-HCH exhibit significant a nion transport activity despite showing similar anion-binding properties i n solution. Specifically\, only δ-HCH mediates Cl- transport\, whereas bo th β- and δ-HCH transport Br- and NO3-\, with δ-HCH displaying substant ially higher activity. These striking differences arise from subtle steric variations between the two diastereoisomers. Steric hindrance in β-HCH p revents the formation of highly cooperative multivalent assemblies require d to compensate for the dehydration penalty of chloride\, thereby suppress ing Cl- transport. In contrast\, δ-HCH forms highly cooperative supramole cular complexes that efficiently stabilize chloride during translocation. Overall\, this chapter demonstrates how subtle steric effects can critical ly govern transmembrane transport permselectivity.\n\nIn Chapter 4\, ultra -selective K+ transmembrane transport is achieved using simple molecular t weezers comprising benzo-15-crown-5 ether (benzo-15C5) recognition motifs appended to dipicolinamide or isophthalamide cores. This strategy enables co-facial K⁺ binding (i.e.\, sandwiching) between two benzo-15C5 units\, efficiently stabilizing via a complete dehydration and shielding the cati on within the hydrophobic membrane environment during its carrier-mediated translocation. In contrast\, Na+ transport is suppressed because the smal ler cation equatorially binds within the central cavity of a single 15C5 m acrocycle\, leaving axial positions exposed to the membrane and preventing the efficient sandwich-type stabilization observed for K+. Importantly\, the exceptionally high K+/Na+ selectivity (~200)\, together with K+/H⁺ s electivity approaching 100\, surpasses the selectivity limits reported to date for synthetic K+ transporters. These remarkable permselectivity prope rties are reflected in both passive and secondary-active K+ transport\, cu lminating in long-term membrane potential responses reminiscent of natural K+ channels such as KcsA.\n\nChapter 5 discloses a family of shape-persis tent macrocycles designed to accommodate a single water molecule through m utual donor-acceptor H bonding\, and for water-water interaction within th e macrocyclic channel. Their negative curvature (i.e.\, saddle-shaped) fac ilitates directional (columnar) self-assembly\, driven mainly by π–π s tacking interactions\, generating highly confined water channels in which water molecules adopt unique dipolar orientation dictated by the supramole cular stacking pattern. Specifically\, syn stacking induces syn-oriented w ater dipoles\, whereas anti stacking promotes anti-oriented dipole arrange ments. These stacking modes are in part controlled by the substituents app ended to the macrocyclic scaffolds. The resulting channels exhibit moderat e-to-high water permeability together with excellent salt rejection\, rend ering these derivatives promising candidates for seawater desalination app lications. This potential is further strengthened by the anticipated compa tibility of the aromatic macrocycles with polyaromatic membrane matrix.\n\ nOverall\, this thesis combines the molecular design of simple and potenti ally large-scale accessible biomimetic transporters with exceptionally hig h NO3-\, K+\, and water transport selectivity\, thereby opening new opport unities for biological and seawater desalination applications. Through the introduction of new concepts and valuable mechanistic insights\, this wor k provides a source of inspiration for the development of increasingly div erse and selective biomimetic transport systems aimed at further advancing their medical and non-medical applications. ATTACH;FMTTYPE=image/jpeg:https://iem.umontpellier.fr/wp-content/uploads/2 026/08/Ioan-Stroia-scaled.jpg CATEGORIES:Soutenance END:VEVENT BEGIN:VTIMEZONE TZID:Europe/Paris X-LIC-LOCATION:Europe/Paris BEGIN:DAYLIGHT DTSTART:20260329T030000 TZOFFSETFROM:+0100 TZOFFSETTO:+0200 TZNAME:CEST END:DAYLIGHT END:VTIMEZONE END:VCALENDAR