Élaboration de biomatériaux phosphocalciques macroporeux à partir d'émulsions de Pickering concentrées

Development of porous bioceramics with controlled porosity using Pickering emulsions

• Auteur / Autrice : Karline Pascaud
• Direction : Maria-Inês Ré, Stéphanie Sarda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 11/03/2022
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....) - Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (Toulouse ; 1999-....) - Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés- de l'énergie et de l'environnement / RAPSODEE
• Jury : Président / Présidente : Denis Poncelet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria-Inês Ré, Stéphanie Sarda, Chantal Damia, Yves Chevalier, Frédéric Topin, Véronique Schmitt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chantal Damia, Yves Chevalier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomatériaux

Hydroxyapatite

Matériaux poreux

Émulsions de Pickering

Biocéramiques

Mots clés libres

Biocéramique

Emulsion solide

Emulsion de Pickering

Hydroxyapatite

Matériaux poreux

Biomatériaux

Bioceramic

Solid emulsion

Pickering emulsion

Hydroxyapatite

Porous materials

Biomaterials

Résumé

Les biocéramiques phosphocalciques (CaP) sont largement utilisées depuis de nombreuses années en raison de leur biocompatibilité et de leur bioactivité. Actuellement, les céramiques CaP implantables disponibles sur le marché sont obtenues par frittage à haute température (> 1000°C) conduisant à des matériaux ne présentant qu'une faible réactivité de surface et un caractère peu ou pas résorbable, limitant notamment leur capacité à adsorber des biomolécules comme des principes actifs. Par ailleurs, la taille des pores des biocéramiques en CaP (>200 microns) et leur morphologie (interconnexion) sont directement liées à la repousse osseuse. L'objectif de ce travail est d'optimiser l'efficacité biologique et/ou thérapeutique en s'appuyant sur une méthode récemment brevetée pour l'obtention de biocéramiques CaP à basse température à porosité contrôlée en combinant chimie douce et émulsions de Pickering pour des applications de comblements osseux. Les émulsions de Pickering ont été stabilisées par des particules d'hydroxyapatite (HAp) synthétisées et finement caractérisées, une attention particulière a été portée sur leur comportement en solution. Différentes formulations de l'émulsion solide ont été étudiées et caractérisées, afin de sélectionner les propriétés optimales pour l'obtention des biocéramiques poreuses ; sa phase aqueuse a ensuite été minéralisée par l'ajout d'un gel de phosphate de calcium et les monolithes poreux phosphocalciques obtenus ont été analysés : leur composition physico-chimique, la taille des pores ou leur interconnexion. L'utilisation des émulsions solides pour l'obtention de biocéramiques poreuses de phosphates de calcium permet le contrôle de la composition et de la porosité, en vue d'une application médicale.

Apatitic calcium phosphate (or apatites) based ceramics are widely used as bone substitutes due to their biocompatibility and bioactivity. Nowadays, phosphate calcium bioceramics available on the market are usually obtained at high temperature sintering (> 1000°C). However, their bioresorbability, surface reactivity and association with biomolecules are limited, due to their low specific surface area and poor chemical reactivity. Moreover, as pores size (>200 µm) and morphology of biomaterials are directly related to bone formation, interconnected macroporosity is also essential to improve bone growth in these bioceramics.The aim of this work is to optimize biologic and/or therapeutic efficacity using a recently patented method to develop low temperature biomimetic ceramics with controlled porosity using Pickering emulsions for filling bone defects. Pickering emulsions were stabilized by hydroxyapatite (HAp), particles have been synthetized and thoroughly characterized. Careful consideration has been given to their behavior in solution. Different formulations were varied in the solid emulsion, then they were studied and characterized to choose the best properties for porous bioceramics. Afterwards, its aqueous phase was mineralized by adding some calcium phosphate gel to obtain ceramic biomaterials. Various key parameters of the biomaterials were the evaluated such as their physicochemical composition, their pores size, or their interconnection. Solid emulsions used as template for porous calcium phosphate bioceramics enables to control their composition and porosity, for medical application.