Thèse soutenue

Influence de la rugosité de surfaces Ti-6Al-4V obtenues par fabrication additive SLM sur l'ostéointégration : Évaluation in vitro et in silico

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Auteur / Autrice : Thomas Thenard
Direction : Rachele AllenaMichel Mesnard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biomécanique (AM)
Date : Soutenance le 15/02/2021
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Biomécanique Humaine Georges Charpak (Paris ; 2013-....) - Institut de Biomécanique Humaine Georges Charpak (Paris ; 2013-....)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
Jury : Président / Présidente : Ridha Hambli
Examinateurs / Examinatrices : Rachele Allena, Michel Mesnard, Yves Rémond, Guillaume Thomann, Claude Verdier, Nicolas Santier, Anita Catapano
Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Rémond, Guillaume Thomann

Mots clés

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Résumé

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L’ostéointégration définit la connexion entre l’os et l’implant et permet de garantir son bon fonctionnement. Cette connexion osseuse est régie, entre autres, par les propriétés surfaciques de l’implant, qui influencent la réponse cellulaire ainsi que la croissance osseuse. Parmi les différentes propriétés, la rugosité de la surface peut modifier de façon significative différents processus cellulaires (i.e. migration, adhésion, prolifération...) intervenant durant la croissance. La fabrication additive (FA) « Selective Laser Melting » (SLM) est un procédé innovant apportant de nombreux avantages dans le domaine biomédical. Cependant, les pièces obtenues par FA SLM présentent un état de surface très rugueux qui affecte la réponse cellulaire et l’ostéointégration. L’utilisation de ce procédé pour une application biomédicale nécessite donc de comprendre l’effet de la rugosité sur la biocompatibilité. Cette thèse présente une méthodologie expérimentale et numérique permettant d’évaluer l’influence de la rugosité de surfaces obtenues par FA SLM sur le comportement cellulaire. La rugosité et la mouillabilité d’éprouvettes SLM brutes ont été caractérisées par des observations au microscope, au profilomètre et au banc de mouillabilité. De plus, plusieurs traitements de surfaces (i.e. attaque chimique et sablage) ont été appliqués afin de rechercher une amélioration de la biocompatibilité des surfaces. Des tests biologiques de cytocompatibilité ainsi que l’analyse de la morphologie cellulaire ont permis de valider la biocompatibilité des surfaces SLM brutes et des surfaces modifiées. Cependant, les tests n’ont pas permis de mettre en évidence un traitement préférentiel des surfaces qui assure une amélioration significative de la biocompatibilité. Dans un deuxième temps, un modèle numérique discret de migration et prolifération cellulaires a été développé pour quantifier l’influence de la rugosité à l’échelle microscopique sur les activités cellulaires. Les résultats ont montré un rôle important des paramètres topographiques sur la migration ainsi que la prolifération cellulaire.