Small Diameter Vascular Substitues Based on Physical Chitosan Hydrogels : Proof of Concept

par Sébastien Malaise

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Laurent David et de Alexandra Clayer.

Soutenue le 09-04-2014

à Lyon 1 , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (laboratoire) .

Le président du jury était Thierry Delair.

Le jury était composé de Laurent David, Alexandra Clayer, Laurence Bordenave, Marie-Pierre Foulc.

Les rapporteurs étaient Christine Wandrey, Kurt Ingar Draget.

  • Titre traduit

    Substitut vasculaire de petit calibre à base d’hydrogels physiques de chitosane : preuve de concept


  • Résumé

    Le chitosane présente des propriétés biologiques (biocompatibilité, biorésorbabilité, bioactivité) idéalement adaptées à des applications en ingénierie tissulaire. Dans cette étude partenariale (Programme ANR TECSAN 2010 ChitoArt), nous avons travaillé à l'élaboration d'hydrogels physiques de chitosane à propriétés physico-chimiques et biologiques variées et contrôlées, sans utilisation d'agents de réticulation externes. Ces hydrogels sont envisagés sous forme de tube mono ou pluri-membranaires pour une utilisation en tant que substituts vasculaires de petit diamètre (<6mm). En effet, l'ingénierie vasculaire présente, encore de nos jours, de nombreuses limitations lorsqu'il est question de vaisseaux de petits calibres. Notre démarche consiste en la modulation des paramètres structuraux (degré d'acétylation, masse molaire) et environnementaux (concentration du bain de gélification, du collodion) intervenants dans le procédé d'élaboration des hydrogels pour atteindre les critères physiques, biologiques et mécaniques compatibles avec cette application. L'étude morphologique des hydrogels par Cryo-Microscopie Électronique à Balayage (Cryo-MEB), via une méthode de préparation originale a permis une meilleure compréhension de l'organisation micro-structurale et multi-échelle des hydrogels de chitosane. Cette approche fondamentale a été couplée à une évaluation in vivo des propriétés biologiques des hydrogels ainsi qu'a des caractérisations mécaniques des substituts vasculaires. En particulier, l'évaluation de la suturabilité de nos substituts a mené au développement d'une formulation donnant lieu à des hydrogels physiques de chitosane suturables ayant fait l'objet d'un dépôt de brevet (N° de dépôt FR1363099). Le contrôle et la modulation des paramètres d'élaboration des hydrogels ont permis l'obtention de substituts vasculaire cellularisables et respectant les exigences (suture, compliance, résistance à l'éclatement) concernant leur implantation in vivo


  • Résumé

    Chitosan presents biological properties (biocompatibility, bioresorbability, bioactivity) ideally suited for tissue engineering. In this partnership study (ANR TECSAN 2010 ChitoArt program), we worked at the elaboration of physical chitosan hydrogels presenting various and controlled physicochemical and biological properties, without any external crosslinkers. These hydrogels are envisioned under mono- or poly-membranous tubes for small diameter vascular substitutes (<6mm) purposes. Indeed, vascular engineering presents, even today, numerous limitations for small calibre vessels. Our strategy consists in the modulation of both structural (degree of acetylation, molar mass) and environmental (neutralization bath and collodion composition and concentration) parameters involved in hydrogels elaboration process in order to reach physical, biological and mechanical requirements suitable for this application. The study of hydrogels morphology by Cryo-Scanning Electron Microscopy (Cryo-SEM), using an original sample preparation method led to a better comprehension of chitosan hydrogels fine structure and multi-scale organization. This fundamental approach was conducted through the in vivo biological evaluation of hydrogels but also to mechanical characterizations of vascular substitutes. In particular, our substitutes were evaluated in term of suture retention resulting in the development of a formulation that led to suturable physical chitosan hydrogels, which were protected by a patent (Deposit number: FR1363099). Hydrogels elaboration parameters control and modulation have resulted in the development of colonisable vascular substitutes matching their in vivo implantation requirements (suture retention, compliance, burst pressure)

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