Développement d'un biomatériau naturel, bioactif, dérivé du sang pour la régénération tissulaire

Development of a natural, bioactive, blood-derived biomaterial for tissue regeneration

• Auteur / Autrice : Thibault Canceill
• Direction : Sophie Cazalbou, Sabine Joniot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 22/03/2021
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (Toulouse ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs de croissance

Régénération osseuse guidée

Biomatériaux

Mots clés libres

Lysat plaquettaire

Biomatériaux

Régénération tissulaire

Facteurs de croissance

Matériaux bioactifs

Platelet lysate

Biomaterials

Tissue regeneration

Growth factors

Bioactive materials

Résumé

Le Lysat Plaquettaire (LP) est un produit dérivé du sang naturellement riche en facteurs de croissance comme le VEGF, le PDGF ou encore le TGF-ß1. Cela lui confère la capacité de stimuler les cellules de l'hôte pour promouvoir la cicatrisation voire même la régénération des tissus lésés. Associé à du chlorure de calcium et de l'acide tranexamique, le LP peut former un hydrogel composé d'un réseau tridimensionnel de fibrine, mimant une matrice extracellulaire naturelle riche en facteurs de croissance dans laquelle les cellules trouvent tous les éléments nécessaires à leur développement. Les champs d'application de ces LP sont nombreux et leur utilisation en tant que matériaux bioactifs peuvent concerner toutes les disciplines médicales. L'objectif de cette thèse est de sécher l'hydrogel afin de développer un biomatériau d'origine biologique, à base de lysat plaquettaire, qui réponde au cahier des charges des structures optimisées pour la régénération tissulaire. Le manuscrit s'organise autour de cinq parties : 1) un état de l'art sur le sujet dans la littérature, 2) le protocole de conception du biomatériau, 3) sa caractérisation in vitro et in vivo, 4) les modifications qui peuvent lui être apportées pour optimiser ses performances et enfin 5) le cadre légal et règlementaire de son utilisation future. Le séchage de l'hydrogel de LP est réalisé grâce à l'utilisation du CO2 à l'état supercritique, un procédé permettant d'envisager l'obtention de matériaux secs, poreux et stériles. Ils pourront présenter une longue période de conservation, une manipulation plus aisée que celle des hydrogels, une capacité importante à se réhydrater et également un pouvoir hémostatique. Les observations réalisées au Microscope Electronique à Balayage, ainsi que les analyses au porosimètre à mercure montrent que les mousses sèches présentent une porosité totale de 83,42±4,85% avec des pores dont les diamètres varient entre 3nm et 360µm. Le suivi de la cinétique de relargage du VEGF démontre une libération prolongée de facteurs de croissance dans le temps sans qu'il n'y ait eu de perte au cours du procédé de séchage lorsque les quantités sont comparées à celles contenues dans les gels de départ. La résistance en compression des mousses se trouve supérieure à celle des hydrogels de LP. Les premières études menées in vitro sur des cellules stromales mesenchymateuses et in vivo sur un modèle murin sous-cutané confirment la biocompatibilité des biomatériaux conçus. L'ensemble de ces résultats offre des perspectives prometteuses dans le domaine de la régénération tissulaire et permet d'envisager également l'utilisation des mousses sèches de lysat plaquettaire comme support d'expansion cellulaire dans le cadre de la thérapie cellulaire.

Platelet Lysate (PL) is a blood derivative product naturally rich in growth factors such as VEGF, PDGF or TGF-ß1. This gives it the ability to stimulate host cells to promote healing and even regeneration of damaged tissue. Combined with calcium chloride and tranexamic acid, the PL can form a hydrogel composed of a three-dimensional network of fibrin, mimicking a natural extracellular matrix rich in growth factors in which cells find all the elements necessary for their development. The fields of application of these PLs are numerous and their use as bioactive materials can concern all medical disciplines. The objective of this thesis is to dry the hydrogel in order to develop a biomaterial of biological origin, based on platelet lysate, which meets the specifications of structures optimized for tissue regeneration. The manuscript is organized around five parts: 1) a state of the art on the topic in the literature, 2) the protocol designed to obtain the biomaterial, 3) its in vitro and in vivo characterizations, 4) the modifications that can be made to optimize its performances and finally 5) the legal and regulatory framework for its future use. PL hydrogel is dried using CO2 in a supercritical state, a process that makes it possible to obtain dry, porous and sterile materials. They may have a long shelf life, easier handling than hydrogels, and also a high capacity to rehydrate. The observations made by Scanning Electron Microscopy, as well as the analyses with the mercury porosimeter show that the dry foams have a total porosity rate of 83.42±4.85% with pores whose diameters vary between 3nm and 360µm. Monitoring of the VEGF release kinetics shows a prolonged release of growth factors over time without any loss during the drying process when the quantities are compared to those contained in the starting gels. The compressive strength of the foams is higher than that of PL hydrogels. Initial studies conducted in vitro on mesenchymal stromal cells and in vivo in a subcutaneous mouse model confirm the biocompatibility of the designed biomaterials. All these results offer promising prospects in the field of tissue regeneration and also make it possible to envisage the use of dry platelet lysate foams as a support for cell expansion in the context of cell therapy.