Étude biologique et physico-chimique de verre bioactif / bisphosphonates et de vitrocéramique pour le comblement des pertes osseuses chez les petits animaux

Biological and physicochemical studies of bioactive glass / bisphosphonates and glass ceramic in the filling of animals bone defect

• Auteur / Autrice : Siwar Mosbahi
• Direction : Hassane Oudadesse, Hafed Elfeki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 30/05/2016
• Etablissement(s) : Rennes 1 en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vitrocéramique

Verre

Biomatériaux

Mots clés libres

Bioactivité

Bioconsolidation

Exploration physico-Chimique

Investigation biologique

Irradiation

Porosité

Verres bioactifs

Vitrocéramique

Bioactivity

Bioconsolidation

Physicochemical investigation

Biological investigation

Irradiation

Porosity

Bioacitive glass

Glass ceramic

Résumé

Ce travail de thèse concerne l'évaluation biologique et physico-chimique de deux biomatériaux : verre pure associé au risedronate (46S6-xRIS) et une vitrocéramique poreuse dopée avec l'oxyde de zinc et le nitrure de titane noté 46S6-10Zn-2Ti. Le premier est un matériau hybride composé du verre (46S6) et d'un bisphosphonate le risedronate à différentes teneurs (xRIS) avec x= 8, 12 et 20%. Le deuxième est une vitrocéramique ayant une porosité créée par l'élimination de N après calcination. Les analyses physico-chimiques après les tests in vitro du 46S6-xRIS montrent une modification de la cinétique de la bioactivité de ces composites selon la quantité de risedronate ajoutée au 46S6. Les analyses in vivo ont été aussi menées sur le 46S6-10Zn-2Ti. Cette vitrocéramique a été implantée dans des condyles fémoraux de rattes ostéoporotiques, phénomène créé par l'irradiation des rattes à différentes doses de rayons γ. L'investigation biologique après irradiation montre un déséquilibre entre la peroxydation lipidique et les enzymes antioxydants. L'implantation en site osseux avec le 46S6-10Zn-2Ti a permis la restauration de cette balance. L'étude histologique montre le rétablissement du tissu osseux. Cependant, celui ci décroit avec l'augmentation de la dose des rayons gamma. Pour l'exploration physico-chimique, plusieurs techniques complémentaires ont été utilisées pour évaluer la cinétique d'ossification. La bioconsolidation de notre vitrocéramique a été également évaluée après implantation chez des lapins. Le microscanner (mCT) montre la résorption du 46S6-10Zn-2Ti et l'osséo-intégration des cellules osseuses dans les pores du bio-implant alors que, l'étude histologique montre que le 46S6-10Zn-2Ti est presque totalement dégradé et remplacé par le tissue osseux. Le MEB met en évidence la dégradation du 46S6-10Zn-2Ti et son remplacement par un dépôt apatitique. Les spectres MAS-RMN du ³¹P et u ²⁹Si illustrent la dégradation progressive du 46S6-10Zn-2Ti en faveur du développement de l'apatite biologique.

This work focuses on the biological and physicochemical evaluations of two biomaterials: a bioactive glass associated to risedronate (46S6-xRIS) and a porous glass ceramic doped with zinc oxide and titanium nitride noted 46S6-10Zn-2Ti. The first is a hybrid material composed of bioactive glass (46S6) and a bisphosphonate, the risedronate with different contents (xRIS) with x=8, 12 and 20%. The second is a ceramic glass having a porosity, which has been created following the elimination of N after heating. Physicochemical analysis after the in vitro essays of 46S6-xRIS show the modification of the bioactivity kinetic of these composites proportional to the quantity of risedronate added to the 46S6. The in vivo analyses were also conducted in the 46S6-10Zn-2Ti. This glass ceramic was implanted in the femoral condyles of osteoporotic rats. This phenomenon was created after its irradiation at different doses of γ-rays. The biological investigations after irradiation show an imbalance between the lipid peroxidation and antioxidants enzymes. The implantation of 46S6-10Zn-2Ti in bone tissue restored the oxidative balance. The histological study manifests the restoration of bone tissue. However, this restoration decreased with the rising of γ-rays doses. For the physiochemical exploration, several complementary techniques were used to evaluate the kinetic of ossification. The porous glass ceramic was evaluated also in the bioconsolidation process after implantation in rabbit. The X-ray Micro-Computer Tomography (mCT) shows the resorption of the 46S6-10Zn-2Ti and the osseointegration of bones cells in the biomaterial pores. Moreover, the histological study illustrates that the degradation and the resoption of the 46S6-10Zn-2Ti is almost total. The SEM highlights the degradation of the 46S6-10Zn-2Ti and its replacement by an apatitic deposit. The MAS-NMR spectra of ³¹P and of ²⁹Si illustrate a progressive degradation of 46S6-10Zn-2Ti in favor of the development of a biological apatite.