Le manque de compréhension sur la stabilité et les mécanismes de dissociation des polyplexes à base d'acides nucléiques, permettant la libération d'ADN, constitue actuellement une limitation majeure dans la délivrance de gènes à partir de vecteurs non viraux. Bien que de nombreux progrès aient été réalisés dans ce domaine, l'efficacité de ces systèmes synthétiques reste bien inférieure à celle obtenue par les systèmes viraux, avec seulement 0,01 à 2% des acides nucléiques initialement chargés capables d'exercer leur fonction biologique au sein de la cellule. La poly(éthylènimine) (PEI) est l'un des polycations les plus utilisés pour la délivrance de gènes en raison de son efficacité de transfection élevée prouvée, ce qui en fait un modèle intéressant d'agent complexant de l'ADN pour ce travail. Les recherches effectuées et présentées dans cette thèse de doctorat visent à réduire le manque de connaissances sur la stabilité et la dissociation des polyplexes PEI/ADN en présence de milieux biologiques et de biomacromolécules anioniques, ainsi que sur l'impact des propriétés physicochimiques des polyplexes PEI/ADN sur le trafic intracellulaire et l'efficacité de transfection. Pour atteindre ces objectifs, la complexation d'un ADN plasmidique (peGFP-C3) a été réalisée avec quatre échantillons de PEI différents, ayant des masses molaires et des structures différents (ramifiés ou linéaires), et à différents rapports de charge. La stabilité des polyplexes PEI/peGFP-C3 a été étudiée en termes de la taille des particules et de la libération de l'ADN plasmidique dans des environnements ayant différentes forces ioniques, ainsi qu'en présence de macromolécules biologiques telles que les glycosaminoglycanes (GAG). Il a été constaté que la densité de charge élevée de l'héparine par rapport aux autres GAGs et polyanions, ainsi que les fortes interactions entre l'héparine et le PEI, déterminées à partir d'études thermodynamiques, sont les paramètres cruciaux qui déterminent la force de complexation avec le PEI et facilitent ensuite la libération d'ADN des polyplexes. Des mesures de dichroïsme circulaire ont révélé que le plasmide conserve sa conformation de type B après complexation avec le PEI et après libération ultérieure avec l'héparine. De plus, des corrélations entre les données d'expression des protéines rapporteuses transfectées dans des cellules HEK293T3 et les caractéristiques moléculaires du PEI, ainsi que les caractéristiques physicochimiques des polyplexes, ont permis de révéler que la PEI ramifiée avec une masse molaire de 25 kg/mol est celle qui favorise à la fois une internalisation cellulaire et une expression de GFP plus élevées sur les cellules HEK293T. À long terme, les résultats de ce travail permettront de proposer des lignes directrices pour aider à concevoir des vecteurs de gènes non viraux plus efficaces et moins cytotoxiques avec un grand potentiel pour des nouvelles applications thérapeutiques.