Matrices tridimensionnelles pour la régénération osseuse

Three-dimensional matrices for bone regeneration

• Auteur / Autrice : Lisa Terranova
• Direction : Daniel Chappard, Catherine Behets
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie, biologie cellulaire et moleculaire
• Date : Soutenance le 25/01/2017
• Etablissement(s) : Angers en cotutelle avec Université catholique de Louvain (1970-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé Nantes-Angers
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe d’Etudes Remodelage Osseux et bioMatériaux (Angers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe Etudes Remodelage Osseux et bioMatériaux / GEROM
• Jury : Président / Présidente : Véronique Préat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frank Boury, Pascal Guggenbuhl, Véronique Larreta-Garde
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Martine Cohen-Solal, Sami Namour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapeutique expérimentale

Polymères en chirurgie

Biomatériaux

Os -- Régénération (biologie)

Mots clés libres

Biomatériau de comblement osseux

Electrospinning

Microfibres de polystyrène

Porosité

Biocompatibilité

Cytocompatibilité

Bêta-Tricalcium phosphate

Nanotomographie computérisée

Bone filling materials

Electrospinning

Polystyrene microfibers

Porosity

Biocompatibility

Cytocompatibility

Beta-Tricalcium phosphate

Nanocomputed tomography

Résumé

L’architecture des biomatériaux de comblement osseux à un réel impact sur l’activité cellulaire, la vascularisation et la diffusion de facteurs de croissance. Dans un premier temps, différentes membranes de polystyrène (PS) composées de fibres alignées ou aléatoires ont été étudiées. Elles sont non biodégradables et pourraient servir de supports pour la régénération de larges défauts osseux. Nous avons montré la cytocompatibilité in vitro des membranes en analysant l’adhésion, la prolifération et la différenciation cellulaire. Ensuite, des membranes de PS ont été enrichies de grains de β-TCP ou de nanoparticules d’or. Nous les avons implantées dans un modèle de défaut crânien de taille critique chez la souris. L’addition de β-TCP a stimulé la repousse osseuse grâce à la grande bioactivité des céramiques. Les membranes ont été biotolérées, les fibres ont été encapsulées dans l’os néoformé mais également dans un tissu conjonctif dense. Les nanoparticules d’or immobilisées sur des fibres ont migré dans l’os ou ont été phagocytées. Dans un second temps, différentes formulations de granules poreux de β-TCP ont été analysées par nanotomographie aux rayons X. L’architecture macroporeuse des granules varie inversement avec la concentration en β-TCP. Les faces internes montrent une grande hétérogénéité de minéralisation. Pour mimer les conditions d’utilisation en chirurgie maxillo-faciale, les granules ont été empilés dans des tubes. Nous avons montré que l’architecture des empilements de granules dépendait de leur forme. L’empilement de granules commerciaux (contenant12,5g de β-TCP) mime l’architecture naturelle et les propriétés physiques de l’os.

The architecture of bone filling biomaterials has a real impact on cellular activity, vascularization and diffusion of growth factors. As a first step, different polystyrene (PS) scaffolds composed of aligned or random fibers were studied. They were non-biodegradable and could be used as supports for regeneration of large bone defects. We showed the in vitro cytocompatibility of the scaffolds by analyzing cell adhesion, proliferation and differentiation. Then, polystyrene scaffolds were enriched with β-TCP grains or gold nanoparticles. We implanted them in a model of critical size defect in mouse calvaria. Addition of β-TCP stimulated bone regrowth due to the high bioactivity of the ceramics. Scaffolds were biotolerated, fibers were encapsulated in the newly formed bone and also in a dense connective tissue. The gold nanoparticles immobilized on fibers migrated into the bone or were phagocytized. As a second step, different formulations of porous granules of β-TCP were analyzed by X-ray nanotomography. The macroporous architecture of granules varies inversely with the concentration of β-TCP. The internal faces howed a great heterogeneity of mineralization. Tomimic the conditions in maxillofacial surgery, granules were stacked in tubes. We have shown that the architecture of the granules depends on their shape.The stacks of commercial granules (containing 12.5 g ofβ-TCP) mimicked the natural architecture and physical properties of bone.