Evaluation du greffage de polymères bioactifs à architectures variées sur la réponse biologique in vitro pour une diminution des infections bactériennes et une amélioration de l’ostéointégration

Evaluation of the grafting of bioactive polymers with varied architecture on the biological reponse in vitro for a reduction of bacterial infections and an increasing in osseointegration

• Auteur / Autrice : Hamza Chouirfa
• Direction : Véronique Migonney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie mention Génie Biologique et Médical
• Date : Soutenance le 10/10/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Sorbonne Paris Nord (Bobigny, Villetaneuse, Seine-Saint-Denis ; 1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Chimie bioorganique, biophysique et biomatériaux pour la santé (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Claude Crémieux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Falentin-Daudre, Anouk Galtayries
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean Coudane, Vincent Humblot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Titane -- Alliages

Biopolymères

Copolymères greffés

Composites polymères

Prothèses

Ostéo-intégration

Mots clés libres

Titane

Greffage

PolyNass

Dopamine

Osteointegration

Titanium

Grafting

Osseointegration

Résumé

Ces travaux de recherche traitent du greffage du polyNaSS (polymère bioactif) à la surface du titane dans le but de proposer une solution permettant de prévenir les infections bactériennes tout en favorisant l’ostéointégration des prothèses totales de hanche. Le greffage du polyNaSS est réalisé selon deux voies : un greffage dit «direct» utilisant la technique de «grafting from» et un greffage indirect utilisant la technique de «grafting to». Le greffage «direct» utilise les radiations UV pour amorcer la polymérisation du NaSS à partir de la surface du titane. A l’inverse le «greffage indirect» nécessite l’utilisation d’une molécule d’ancrage - dérivée de la dopamine- qui fera le lien entre le polyNaSS et la surface du titane. L’intérêt du «greffage indirect» est de pouvoir greffer des chaînes de polyNaSS de tailles définies (5, 10 et 35 kDa) à la surface du titane ; les chaînes de polyNaSS sont synthétisés de façon contrôlée par une polymérisation RAFT puis couplées à un dérivé de dopamine par une chimie «click». En revanche le recouvrement de la surface par le polyNaSS est plus faible que lors d’un greffage «direct». Les surfaces de titane greffées selon les deux voies ont été évaluées in vitro pour déterminer leurs effets anti adhérence bactérienne et d’ostéointégration. Toutes les surfaces greffées sont biocompatibles et ne présentent aucun effet de cytotoxicité vis à vis des cellules osseuses. La réponse cellulaire (ostéoblastes) est toujours meilleure pour les surfaces greffées par greffage « direct» par comparaison au greffage «indirect». En revanche pour la réponse bactérienne (Staphylococcus aureus) la réponse est dépendante de la taille du polymère greffé.

This work deals with the grafting of polyNaSS (bioactive polymer) to the surface of titanium in order to propose a solution to prevent bacterial infections while promoting the osseointegration of total hip prostheses. The grafting of the polyNaSS is carried out in two ways: a ''direct'' grafting using the ''grafting from'' technique and an indirect grafting using the ''grafting to'' technique. ''Direct'' grafting uses UV radiation to initiate NaSS polymerisation from the titanium surface. Conversely, ''indirect grafting'' requires the use of an anchoring molecule - derived from dopamine - which will make the link between the polyNaSS and the surface of the titanium. The advantage of ''indirect grafting'' is that it is possible to graft polyNaSS chains of defined sizes (5, 10 and 35 kDa) to the surface of the titanium; The polyNaSS chains are synthesised in a controlled manner by a RAFT polymerisation and then coupled to a dopamine derivative by ''click'' chemistry. However, the coverage of the surface by the polyNaSS is less than that of a ''direct'' grafting.The titanium surfaces grafted by both techniques were evaluated in vitro to determine their bacterial and osseointegration effects. All grafted surfaces are biocompatible and have no cytotoxicity effect on bone cells. A greater cellular response (osteoblasts) is achieved for the surfaces grafted by ''direct'' grafting compared to the ''indirect'' grafting. However, for the bacterial response (Staphylococcus aureus) the response is dependent on the size of the grafted polymer.