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:20260825T124632Z 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\nDevant le jur y composé de :\n\nM. Mihail BARBOIU\, Directeur de Recherche\, CNRS\, IEM \, Université de Montpellier\, directeur de thèse\nMme. Emilie MOULIN\, Directrice de Recherche\, CNRS\, ICS\, Université de Strasbourg\, rapport rice\nM. Olivier SIRI\, Directeur de Recherche\, CNRS\, Aix-Marseille Univ ersité\, rapporteur\nMme. Niculina HADADE\, Professeur\, Babeș-Bolyai Un iversity\, examinatrice\nMme. Mona SEMSARILAR\, Directrice de Recherche\, CNRS\, IEM\, Université de Montpellier\, examinatrice\n\n\n \;\n\nRé sumé :\n\nLe transport transmembranaire de l’eau\, des ions et d’aut res espèces physiologiquement pertinentes est un processus fondamental da ns toutes les formes de vie connues. Des protéines de transport transmemb ranaire spécialisées orchestrent le passage de ces solutés avec une sé lectivité remarquable\, en réponse à divers stimuli\, notamment les gra dients électrochimiques\, la lumière\, la température et la signalisati on chimique. Imiter la fonction des canaux naturels représente une strat égie ambitieuse et de pointe pour traiter les maladies associées au dysf onctionnement des protéines de transport\, tout en contribuant au dévelo ppement 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 séle ctivité des transporteurs artificiels reste encore très inférieure à c elle des protéines de transport naturelles. Dans les applications bioméd icales\, par exemple\, le rôle précis et l’importance de la sélectivi té des transporteurs ne sont pas encore entièrement compris. En parallè le\, dans le dessalement de l’eau de mer par osmose inverse\, seul un no mbre limité de canaux artificiels pour l’eau\, AWCs\, a réussi à dép asser partiellement le compromis classique entre perméabilité et sélect ivité.\n\nDans cette thèse\, différentes stratégies biomimétiques de conception de novo de transporteurs sélectifs et de canaux auto-assemblé s sont mises en œuvre afin d’obtenir un transport transmembranaire trè s efficace du nitrate\, du potassium et de l’eau.\n\nPlus précisément\ , le Chapitre 2 explore l’affaiblissement de la force des donneurs de li aison hydrogène\, HB\, en passant de donneurs N–H à des donneurs C–H ajustables\, à l’aide de structures simples à base de cyanostilbène. Cette stratégie supprime le transport de Cl- en raison d’une compensat ion insuffisante de sa pénalité de déshydratation\, tout en conservant un transport efficace de NO3- grâce à son énergie de déshydratation pl us faible. Elle conduit ainsi\, dans certains cas\, à des sélectivités NO3-/Cl- supérieures à 200. De manière intéressante\, un affaiblisseme nt supplémentaire de la force des donneurs C–H supprime même le transp ort de -\, ce qui oriente le système vers une translocation sélective de l’eau. Les superstructures auto-assemblées de cyanostilbène génèren t à la fois des voies de conduction pour les anions et pour l’eau\, dan s lesquelles des clusters d’eau sont stabilisés de façon transitoire p ar des interactions C–H···OH2. Ce chapitre démontre pour la premièr e fois comment une modulation subtile de la force et du mode de liaison pe ut gouverner directement la perméosélectivité vis-à-vis de l’eau et des anions.\n\nLe chapitre 3 explore l’activité de transport transmembr anaire des diastéréoisomères de l’hexachlorocyclohexane\, HCH\, un do nneur moléculaire C–H simple. De manière intéressante\, parmi les iso mères α-\, β-\, γ- et δ-HCH\, seuls β- et δ-HCH présentent une act ivité significative de transport d’anions\, malgré des propriétés de liaison aux anions similaires en solution. Plus précisément\, seul δ-H CH assure le transport de Cl-\, tandis que β- et δ-HCH transportent tous deux Br- et NO3-\, δ-HCH présentant une activité nettement plus élev ée. Ces différences marquées proviennent de variations stériques subti les entre les deux diastéréoisomères. L’encombrement stérique dans β-HCH empêche la formation d’assemblages multivalents fortement coopé ratifs\, nécessaires pour compenser la pénalité de déshydratation du c hlorure\, ce qui supprime le transport de Cl-. En revanche\, δ-HCH forme des complexes supramoléculaires fortement coopératifs qui stabilisent ef ficacement le chlorure pendant sa translocation. Globalement\, ce chapitre démontre comment des effets stériques subtils peuvent gouverner de faç on critique la perméosélectivité du transport transmembranaire.\n\nDans le chapitre 4\, un transport transmembranaire ultra-sélectif de K+ est o btenu à l’aide de pinces moléculaires simples comprenant des motifs de reconnaissance benzo-15-couronne-5 éther\, benzo-15C5\, greffés sur des cœurs dipicolinamide ou isophtalamide. Cette stratégie permet une coord ination cofaciale de K+\, c’est-à-dire une complexation de type sandwic h\, entre deux unités benzo-15C5. Elle stabilise ainsi efficacement le ca tion par déshydratation complète et le protège dans l’environnement h ydrophobe de la membrane pendant sa translocation par mécanisme de transp orteur. En revanche\, le transport de Na+ est supprimé\, car ce cation pl us petit se lie de manière équatoriale dans la cavité centrale d’un s eul macrocycle 15C5. Ses positions axiales restent alors exposées à la m embrane\, ce qui empêche la stabilisation efficace de type sandwich obser vée pour K+. La sélectivité K+/Na+ exceptionnellement élevée\, enviro n 200\, associée à une sélectivité K+/H+ proche de 100\, dépasse les limites de sélectivité rapportées à ce jour pour les transporteurs syn thétiques de K+. Ces propriétés remarquables de perméosélectivité se reflètent dans le transport passif et le transport secondairement actif de K+\, menant à des réponses durables du potentiel membranaire qui rapp ellent celles des canaux naturels K+\, tels que KcsA.\n\nLe chapitre 5 pr ésente une famille de macrocycles à structure persistante\, conçus pour accueillir une seule molécule d’eau par liaisons hydrogène mutuelles donneur-accepteur et pour permettre des interactions eau-eau au sein du ca nal macrocyclique. Leur courbure négative\, c’est-à-dire leur géomét rie en selle\, facilite un auto-assemblage directionnel\, de type colonnai re\, principalement guidé par des interactions π–π. Cet assemblage g énère des canaux d’eau fortement confinés\, dans lesquels les molécu les d’eau adoptent une orientation dipolaire unique\, dictée par le mod e d’empilement supramoléculaire. Plus précisément\, un empilement syn induit des dipôles d’eau orientés syn\, tandis qu’un empilement ant i favorise des arrangements dipolaires orientés anti. Ces modes d’empil ement sont en partie contrôlés par les substituants greffés sur les éc hafaudages macrocycliques. Les canaux obtenus présentent une perméabilit é à l’eau modérée à élevée\, associée à un excellent rejet des sels\, ce qui fait de ces dérivés des candidats prometteurs pour des app lications de dessalement de l’eau de mer. Ce potentiel est encore renfor cé par la compatibilité attendue des macrocycles aromatiques avec des ma trices membranaires polyaromatiques.\n\nDans l’ensemble\, cette thèse a ssocie la conception moléculaire de transporteurs biomimétiques simples\ , potentiellement accessibles à grande échelle\, à des sélectivités e xceptionnellement élevées pour le transport de NO3-\, de K+ et de l’ea u. Elle ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour des applications biolog iques et pour le dessalement de l’eau de mer. En introduisant de nouveau x concepts et des connaissances mécanistiques précieuses\, ce travail co nstitue une source d’inspiration pour le développement de systèmes de transport biomimétiques plus diversifiés et plus sélectifs\, destinés à faire progresser leurs applications médicales et non médicales.\n\nAb stract:\n\nTransmembrane transport of water\, ions and other physiological ly relevant species is a fundamental process in all known forms of life. S pecialized transmembrane transport proteins orchestrate the passage of the se solutes with exquisite selectivity in response to diverse stimuli\, inc luding electrochemical gradients\, light\, temperature and chemical signal ling. Biomimicking the function of natural channels represents a challengi ng and cutting-edge strategy for treating diseases associated with dysfunc tional transport proteins\, while also advancing emerging industrial techn ologies in water purification\, energy production and storage. Although si gnificant progress has been made in the development of biomimetic water an d ion transport systems\, the selectivity of artificial transporters still remains far below that of natural transport proteins. In biomedical appli cations\, for example\, the precise role and importance of transporter sel ectivity are still not fully understood. In parallel\, for seawater revers e osmosis desalination\, only a limited number of artificial water channel s (AWCs) have succeeded in partially overcoming the classical permeability /selectivity trade-off.\n\nIn this thesis\, different de novo design biomi metic strategies of selective carriers and self-assembled channels are imp lemented to achieve highly efficient transmembrane transport of nitrate\, potassium\, and water.\n\nSpecifically\, Chapter 2 explores the weakening of hydrogen-bond (HB) donor strength from N–H to tunable C–H donors us ing simple cyanostilbene-based scaffolds. This strategy suppresses Cl- tra nsport due to insufficient compensation of its dehydration penalty\, while retaining efficient NO3- transport owing to its lower dehydration energy\ , leading to NO3-/Cl- selectivities exceeding 200 in some cases. Interesti ngly\, further weakening of the C–H donor strength suppresses even NO3- transport\, shifting toward selective water translocation. The self-assemb led cyanostilbene superstructures generate both anion- and water-conductin g pathways\, where water clusters are transiently stabilized through C–H ···OH2 interactions. Importantly\, this chapter demonstrates for the fi rst time how subtle modulation of binding strength and binding mode can di rectly govern water and anion permselectivity.\n\nChapter 3 explores the t ransmembrane transport activity of the simple molecular C–H donor hexach lorocyclohexane (HCH) diastereoisomers. Interestingly\, among α-\, β-\, γ-\, and δ-HCH isomers\, only β- and δ-HCH exhibit significant anion t ransport activity despite showing similar anion-binding properties in solu tion. Specifically\, only δ-HCH mediates Cl- transport\, whereas both β- and δ-HCH transport Br- and NO3-\, with δ-HCH displaying substantially higher activity. These striking differences arise from subtle steric varia tions between the two diastereoisomers. Steric hindrance in β-HCH prevent s the formation of highly cooperative multivalent assemblies required to c ompensate for the dehydration penalty of chloride\, thereby suppressing Cl - transport. In contrast\, δ-HCH forms highly cooperative supramolecular complexes that efficiently stabilize chloride during translocation. Overal l\, this chapter demonstrates how subtle steric effects can critically gov ern transmembrane transport permselectivity.\n\nIn Chapter 4\, ultra-selec tive K+ transmembrane transport is achieved using simple molecular tweezer s comprising benzo-15-crown-5 ether (benzo-15C5) recognition motifs append ed to dipicolinamide or isophthalamide cores. This strategy enables co-fac ial K⁺ binding (i.e.\, sandwiching) between two benzo-15C5 units\, effic iently stabilizing via a complete dehydration and shielding the cation wit hin the hydrophobic membrane environment during its carrier-mediated trans location. In contrast\, Na+ transport is suppressed because the smaller ca tion equatorially binds within the central cavity of a single 15C5 macrocy cle\, leaving axial positions exposed to the membrane and preventing the e fficient sandwich-type stabilization observed for K+. Importantly\, the ex ceptionally high K+/Na+ selectivity (~200)\, together with K+/H⁺ selecti vity approaching 100\, surpasses the selectivity limits reported to date f or synthetic K+ transporters. These remarkable permselectivity properties are reflected in both passive and secondary-active K+ transport\, culminat ing in long-term membrane potential responses reminiscent of natural K+ ch annels such as KcsA.\n\nChapter 5 discloses a family of shape-persistent m acrocycles designed to accommodate a single water molecule through mutual donor-acceptor H bonding\, and for water-water interaction within the macr ocyclic channel. Their negative curvature (i.e.\, saddle-shaped) facilitat es directional (columnar) self-assembly\, driven mainly by π–π stackin g interactions\, generating highly confined water channels in which water molecules adopt unique dipolar orientation dictated by the supramolecular stacking pattern. Specifically\, syn stacking induces syn-oriented water d ipoles\, whereas anti stacking promotes anti-oriented dipole arrangements. These stacking modes are in part controlled by the substituents appended to the macrocyclic scaffolds. The resulting channels exhibit moderate-to-h igh water permeability together with excellent salt rejection\, rendering these derivatives promising candidates for seawater desalination applicati ons. This potential is further strengthened by the anticipated compatibili ty of the aromatic macrocycles with polyaromatic membrane matrix.\n\nOvera ll\, this thesis combines the molecular design of simple and potentially l arge-scale accessible biomimetic transporters with exceptionally high NO3- \, K+\, and water transport selectivity\, thereby opening new opportunitie s for biological and seawater desalination applications. Through the intro duction of new concepts and valuable mechanistic insights\, this work prov ides a source of inspiration for the development of increasingly diverse a nd 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