Développement de nouveau matériaux fibrin(ogèn)e/collagène pour la reconstruction de la jonction musculo-tendineuse

Development of new fibrin(ogen)/collagen-based materials for musculo-tendinous junction reconstruction

• Auteur / Autrice : Clément Rieu
• Direction : Thibaud Coradin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 27/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Chahrazade El Amri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Egles, Luca Bertinetti, Léa Trichet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Schaaf, Laurent Corté

Mots clés

Mots clés contrôlés

Extrusion (mécanique)

Tendons

Fibrinogène

Biomatériaux

Collagène

Mots clés libres

Collagène

Fibrinogène

Extrusion

Impression 3D

Freezecasting

Jonction musculo-tendineuse

Biomatériaux

Collagen

Fibrinogen

Extrusion

3D printing

Freezecasting

Musculo-tendinous junction

Biomaterials

Résumé

La regénération limitée du tendon et sa forte sollicitation mécanique font de sa réparation un défi clinique. Contrairement au tendon, la jonction myo-tendineuse nourrit peu de recherche. Sa reconstruction remplit la difficile tâche de joindre le tendon, rigide, au muscle plus mou. L’utilisation de gradients produits par deux techniques différentes a été choisie pour produire une jonction résistante et étudier l’intéraction cellule-matrice. La première technique permet l’obtention de matrices macroporeuses de collagène I par fibrillogenèse topotactique après congélation contrôlée. Ces matrices anisotropes micro-structurées présentent des propriétés mécaniques en condition humide inégalées dans la littérature, et permettent la colonisation et l’alignement spontané de fibroblastes du derme humain ou de myoblastes C2C12. La deuxième technique a pour objet la production de fils présentant des gradients collagène-fibrine, avec ensemencement par des ténoblastes du côté collagène (tendon) et par des myoblastes du côté fibrine (muscle). Nous avons développé un protocole permettant l’extrusion de collagène, fibrine et fibrinogène dans les mêmes conditions, afin de produire des fils purs ou mélangés. L’étude physico-chimique des mécanismes d’assemblage moléculaire a été entreprise. Nous avons construit des dispositifs pour apporter la preuve de concept sur la production de gradients et sur l’impression 3D de nos matériaux. Les fils présentent une forte bioactivité après mise en culture par des myoblastes et ténoblastes primaires murins. En particulier, la fusion des myoblastes, semblable aux cellules satellites sur fibre musculaire isolée, est inhibée dû à la courbure du substrat.

Tendon repair is a clinical challenge due to its limited regeneration and its high mechanical solicitation. On the contrary to tendons, myo-tendinous junction rehabilitation has fueled scarce research. Reconstruction is challenging as the purpose is to join stiff tendons to soft muscles. Gradient production, by two different techniques, was chosen to provide resilient junctions and investigate cell-matrix-interaction. The first one enabled to obtain fibrillar macroporous collagen I scaffolds by topotactic fibrillogenesis after freezecasting. The anisotropic micro-ridged scaffolds exhibited unprecedented mechanical properties in wet state, compared to literature, and a hierarchical structure that promoted spontaneous colonization and alignment of Normal Human Dermal Fibroblasts and C2C12 myoblasts. The second technique aimed at the production of threads presenting collagen-to-fibrin gradients, to be seeded with tenoblasts on the collagen side (mimicking tendon) and with myoblasts on fibrin (mimicking muscle). We developed a protocol to extrude fibrin and fibrinogen in the same conditions as collagen and produced pure and mixed threads. Physico-chemical investigation was carried out to understand better the underlying mechanisms of molecular assembly. Threads exhibited different structural and mechanical properties. Using lab-made devices, we established proofs of concept in gradient production and 3D printing. Threads demonstrated high bioactivity when seeded with primary mice tenoblasts and myoblasts. Interestingly, fusion of differentiated myoblasts, similarly to satellite cells on isolated muscle fibers, was inhibited, due to substrate curvature.