De l’élaboration et de l’étude d’hétérostructures nanométriques, magnétiques et bioactives, destinées au traitement des cancers osseux

Elaboration and study of magnetic and bioactive nanoparticles for bone cancer treatment

• Auteur / Autrice : Florestan Vergnaud
• Direction : Jean-Marie Nedelec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 26/01/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Corinne Chanéac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charlotte Vichery, Yohann Wittrant
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bérangère Toury-Pierre, Vadim G. Kessler
• DOI : 10.70675/08e961c9z1032z4845zb82az57453ccf7b45

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hétérostructures

Métastases osseuses

Emploi en thérapeutique

Nanoparticules magnétiques

Mots clés libres

Nanoparticules

Sol-gel

Verre bioactif

SPIONs

Hyperthermie magnétique

Cancer osseux

Nanoparticles

Sol-gel

Bioactive glass

SPIONs

Magnetic hyperthermia

Bone cancer

Résumé

L’approche classique pour le traitement des cancers primaires osseux consiste en une intervention chirurgicale afin de retirer la tumeur maligne, complétée par un traitement postopératoire diminuant les risques de résurgence du cancer, suivie d’une étape de reconstruction osseuse nécessitant un matériau de comblement. L’hyperthermie magnétique, utilisée comme traitement unique ou en synergie avec la chimio– ou radiothérapie, a montré des résultats remarquables au cours des dernières décennies. Les biomatériaux multifonctionnels permettant simultanément l’hyperthermie et l’amélioration de la régénération osseuse présentent ainsi un grand intérêt clinique dans l’optique de réparer les défauts osseux critiques résultant de la résection de tumeurs. En outre, comme la procédure chirurgicale comporte un risque d'infection bactérienne, il existe une forte demande de biomatériaux dotés de propriétés antibactériennes intrinsèques, afin d’éviter toute contribution au phénomène d’antibiorésistance. Dans ce but, cette thèse traite de l’élaboration de nanoparticules superparamagnétiques et bioactives basées sur des cœurs d'oxyde de fer (γ Fe2O3) encapsulés dans une coquille de verre bioactif (SiO2 CaO) pouvant être dopée avec des ions métalliques (Cu2+). La première partie de ces travaux a porté sur l’influence des paramètres de synthèse sur l’obtention de porosité, le dopage et la morphologie des hétérostructures. Dans un second temps, l’impact des propriétés texturales et de la composition sur la bioactivité des différents matériaux a été étudié. En parallèle, la propriété d’hyperthermie a été évaluée pour différents cœurs magnétiques, types d’encapsulation et conditions de mesure. Ces études ont permis d’identifier les paramètres de synthèses menant à l’élaboration d’hétérostructures nanométriques aux propriétés magnétiques et bioactives optimisées. Ces résultats en font un matériau prometteur destiné au comblement de défauts osseux résultant de la résection de tumeurs cancéreuses.

: Primary bone cancers commonly involve surgery to remove the malignant tumor, complemented with a postoperative treatment to prevent cancer resurgence, followed by a regeneration stage requiring a bone filling material. Studies on magnetic hyperthermia, used as a single treatment or in synergy with chemo- or radiotherapy, have shown remarkable success in the past few decades. Multifunctional biomaterials with hyperthermia properties coupled with bone healing ability could thus be of great interest to repair critical bone defects resulting from tumor resection. Moreover, as surgical procedure involves a risk of bacterial infection, there is a high demand of materials with intrinsic antibacterial property to tackle antibiotic resistance. For this purpose, we designed superparamagnetic and bioactive nanoparticles based on iron oxide cores (γ-Fe2O3) encapsulated in bioactive glass (SiO2-CaO) which can be doped with metallic ions (Cu2+). The first part of this work focused on the influence of the synthesis parameters on obtaining porosity, Cu doping and core-shell heterostructures. The impact of the materials’ textural properties and composition on the bioactivity was studied subsequently. Hyperthermia properties were evaluated as well for different magnetic cores, encapsulation, and measurement conditions. These studies led to the identification of synthesis parameters for the obtention of heterostructures with optimized bioactive and magnetic properties. These performances make them a promising material to be used as bone filling of critical defects resulting from malignant tumors resection.