Hydrogels multifonctionnels en stéréolithographie pour la reconstruction tissulaire

Multifunctional hydrogels in stereolithography for tissue reconstruction

• Auteur / Autrice : Thomas Brossier
• Direction : Vincent Lapinte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Joulia Larionova
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Lapinte, Joulia Larionova, Valérie Langlois, Catherine Levisage, Sébastien Blanquer, Arnaud Spangenberg
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Langlois, Catherine Levisage

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médecine -- Appareils et matériel

Disques intervertébraux

Génie tissulaire

Photopolymérisation

Prototypage rapide

Polymères

Mots clés libres

Polymère hydrogel

Fabrication additive

Photopolymérisation

Ingénierie tissulaire

Disque intervertébrale

Dispositif médicaux

Hydrogel polymer

3D printing

Photopolymerization

Engineering tissue

Intervertebral disc

Medical devices

Résumé

Hydrogels multifonctionnels en stéréolithographie pour la reconstruction tissulaireL’ingénierie tissulaire a connu un nouvel essor avec la fabrication additive en permettant la construction de structures sophistiquées et un contrôle de la porosité de matériaux inatteignables avec les procédés conventionnels. L’élaboration de matériaux hydrogels biofonctionnels par ces procédés de fabrication additive permet d’améliorer considérablement le comportement cellulaire. Cependant, le développement d‘hydrogels en fabrication additive reste un grand défi. L’objectif de ces travaux de thèse a ainsi été de proposer de nouveaux hydrogels en stéréolithographie pour la conception de dispositifs médicaux. Afin d’élargir la gamme des hydrogels, plusieurs polymères ont été développés et adaptés au procédé de stéréolithographie avec (i) des hydrogels hybrides à base de gélatine et de poly(triméthylène carbonate), (ii) des hydrogels de synthèse de type polyoxazoline et (iii) des hydrogels thermostimulables pour l’impression 4D. La maitrise de la polymérisation par ouverture de cycle des carbonates et des oxazolines et la fonctionnalisation de polymères naturels et de synthèse a permis de moduler les propriétés mécaniques des hydrogels allant du kPa (tissus mous) au MPa (cartilage). Plusieurs architectures complexes ont été conçues en stéréolithographie sur la base de ces différents (co)polymères. Ces objets 3D ont montré d’excellentes viabilités cellulaires dans le temps. L’ensemble de l’étude a montré des résultats très prometteurs pour l’utilisation de ces polymères en ingénierie tissulaire, avec une perspective particulièrement prometteuse pour une reconstruction de tissu complexe et anisotropique tel que le disque intervertébral.

Stereolithography multifunctional hydrogels for tissue reconstructionAdditive manufacturing has given new horizons to tissue engineering, allowing the construction of sophisticated structures and controlled material porosity that was unattainable via conventional processes. The development of biofunctional hydrogels using these additive manufacturing processes has allowed for significant improvements in cellular behaviour. However, the elaboration of hydrogels by additive manufacturing remains truly challenging. Thus, the objective of this thesis was to propose new hydrogels by stereolithography for the design of medical devices. As to expand the range of hydrogels, several polymers were developed and adapted to stereolithography such as (i) hybrid hydrogels based on gelatin and poly(trimethylene carbonate), (ii) synthetic hydrogels of polyoxazoline and (iii) thermoresponsive hydrogels for 4D printing. The controlled ring-opening polymerization of carbonates and oxazolines combined with the functionalization of both natural and synthetic polymers, allowed for the modulation of these hydrogels’ mechanical properties from kPa (soft tissues) to MPa (cartilage) scales. Based on these different (co)polymers, several complex architectures were constructed by stereolithography. These 3D objects demonstrated excellent cellular viability. This study shows highly promising results for the use of such polymers in tissue engineering, with a particularly promising perspective for the reconstruction of complex and anisotropic tissue such as the intervertebral disc. These results are already being used in industrial projects in the biomedical field and pave the way for new lines of research.