Étude de la réactivité des uréthanes et polyuréthanes : application aux dispositifs médicaux

Study of the reactivity of urethanes and polyurethanes : application to medical devices

• Auteur / Autrice : Benoît Rhoné
• Direction : Vincent Semetey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 23/11/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure de chimie (Paris)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Tournilhac, Axel Buguin, Emmanuelle Monchaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Cuisinier, Fabrice Burel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biocompatibilité

Polyuréthanes

Thrombose

Mots clés libres

Polyuréthane

Infection

Thrombose

Transcarbamoylation

Biocompatibilité

Antiadhésif

Poly(éthylène glycol)

Polyurethane

Infection

Thrombosis

Résumé

De nombreux dispositifs médicaux implantables sont utilisés chaque jour. Le contrôle de l'interface du dispositif avec les tissus vivants environnants doit encore être amélioré. De nombreux dispositifs médicaux implantés dans le corps sont le siège d’une ou plusieurs complications graves, telles que l'infection ou la thrombose. C’est notamment le cas des cathéters intraveineux. Dans ce contexte, nous avons cherché à développer une stratégie permettant de réduire les complications associées à leur utilisation, via l’immobilisation covalente de polymères sur les matériaux utilisés en implantation (polyuréthane). La réactivité des uréthanes a d’abord été étudiée, permettant d’identifier la réaction de transcarbamoylation comme outil efficace de modification des uréthanes et polyuréthanes en conditions douces. La réaction entre des poly(éthylène glycol) et la surface de polyuréthane, catalysée par des bases, a permis de rendre les surfaces de PU hydrophiles. Les conditions de modification ont été optimisées. Les surfaces ont été analysées: angle de contact, spectrométrie infrarouge, XPS et TOF-SIMS. Les surfaces modifiées ont montrées d’excellentes propriétés antiadhésives avec une diminution significative de l’adsorption protéique, de l’adhésion de cellules, de plaquettes et de bactéries. Les propriétés des surfaces modifiées ont été évaluées et comparées à d’autres systèmes. Cette stratégie est prometteuse pour la modification en une étape de surfaces de polyuréthane. Les tests in vitro montrent le potentiel de cette modification de surface pour obtenir un polyuréthane ayant une biocompatibilité accrue.

Many implantable medical devices (stents, catheters, cardiac valves…) are used everyday in many domains. The control of the interface between the medical device and the surrounding tissue is still to be improved. Many implanted devices are facing serious complications following implantation such as infections or thrombosis. These problematics are especially present for intravenous catheters used to administrate drugs. In this context, we investigated a way to strongly limit the problematics associated with their implantation, by covalently binding polymers at the surface, to reduce protein adsorption and cell adhesion on the materials used in implantation (polyurethane). The reactivity of urethanes was first studied, it allowed identifying the transcarbamoylation reaction as an efficient tool to modify urethanes and polyurethanes in soft reaction conditions. The reaction of poly (ethylene glycol) and the polyurethane surface, catalyzed by bases, allowed us to get hydrophilic polyurethane surfaces. Modification conditions were optimized to obtain a good covering of the surface with PEG. Surfaces were analyzed: contact angle, profilometry, infrared spectroscopy, XPS and TOF-SIMS. Modified surfaces showed excellent antiadhesive properties with a strong reduction of protein adsorption, cell and bacterial adhesion. The properties of modified surfaces were evaluated and compared to other systems. This strategy of modification is promising to allow one step modification of polyurethane surfaces. In vitro tests show the potential of this surface modification technique to obtain a polyurethane with enhance biocompatibility.