Conception de matrices nanofibreuses hybrides et bioactives pour la reconstruction tissulaire

Design of hybrid and bioactive nanofibrous matrices for tissue reconstruction

• Auteur / Autrice : Karima Belabbes
• Direction : Xavier Garric
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ingénierie Biomoléculaire
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 09/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-….)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IBMM - Institut des Biomolécules Max Mousseron
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : C5. Biopolymères Artificiels
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Belamie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Garric, Catherine Le visage, Audrey Tourrette
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Le visage, Audrey Tourrette

Mots clés

Mots clés libres

Poly(acide lactique)

Silylation

Voie sol-gel

Electrospinning

Réticulation

Prolifération cellulaire

: Poly(lactic acid)

Silylation

Sol-gel route

Electrospinning

Cross-linking

Cell proliferation

Résumé

La lésion tissulaire est le problème au cœur de la médecine régénérative. Les biomatériaux comme le poly(acide lactique) (PLA) sont très utilisés pour fournir un support de régénération aux tissus. Les dernières recherches tendent à mimer physiquement et chimiquement la matrice extracellulaire naturelle des tissus lésés. Se rapprochant de la structuration de la matrice extracellulaire, les nanofibres en PLA ont trouvé un grand intérêt dans ce type d’application. Cependant, le manque de bioactivité du PLA est un challenge intéressant sur lequel nous souhaitons nous pencher. Ce projet vise à la conception de nanofibres hybrides bioactives pour la reconstruction tissulaire dont les propriétés seraient modulables en fonction de l’application. Afin de répondre aux besoins en bioactivité à long-terme, nous désirons greffer des molécules bioactives (peptide et gélatine) à des PLAs afin que celles-ci rentrent directement dans la composition des nanofibres de PLA. L’objectif est de développer des nanofibres dégradables, hybrides et bioactives en utilisant une méthode combinant la mise en forme par electrospinning avec une méthode de réticulation de la molécule bioactive par voie sol-gel. Dans un premier temps, nous avons synthétisé et fonctionnalisé différents PLA (linéaire et étoile) avec différents groupements siloxanes afin d’étudier les capacités de réticulation des molécules sous forme de films simples par voie sol-gel. Par la suite, nous avons transposé le procédé de réticulation pour permettre la création du réseau sol-gel entre polymères fonctionnalisés au cours d’electrospinning. Après optimisation du procédé, les nanofibres obtenues se sont avérées composées d’un réseau tridimensionnel polymérique fortement réticulé dont les propriétés étaient stables dans le temps. Nous avons ensuite incorporé au réseau un peptide bioactif d’une part et la gélatine d’autre part générant des nanofibres hybrides bioactives. Afin de concevoir des nanofibres hybrides PLA/peptide, nous avons synthétisé et fonctionnalisé un peptide bioactif. Le greffage du peptide à différents taux dans le réseau polymérique a été confirmé et les propriétés des nanofibres ont été étudiées. Afin de moduler certaines propriétés des nanofibres nous avons fonctionnalisé de la gélatine pour concevoir des nanofibres hybrides PLA/gélatine. De la même façon, le greffage de gélatine aux polymères ont permis de réduire la rigidité des nanofibres hybrides obtenues. L’étude biologique a montré l’amélioration significative de la prolifération des fibroblastes humaines sur ces nanofibres PLA/peptide et PLA/gélatine.

Tissue injury is the problem at the center of regenerative medicine. Biomaterials such as poly(lactic acid) (PLA) are widely used to provide regenerative support to tissues. The latest research tends to physically and chemically mimic the natural extracellular matrix. Closely resembling the structure of the extracellular matrix, PLA nanofibers have found great interest in this type of application. However, the lack of bioactivity of PLA is an interesting challenge to address. This project aims at the design of bioactive hybrid nanofibers for tissue reconstruction whose properties can be modulated according to the application. In order to meet the needs of long-term bioactivity, we wish to graft bioactive molecules (peptide and gelatin) with PLAs so that they can be directly incorporated into the composition of the nanofibers. The objective is to develop degradable, bioactive and hybrid nanofibers using a method combining electrospinning with sol-gel cross-linking of the bioactive molecule. First, we synthesized and functionalized different PLAs (linear and star) with different siloxane groups in order to study the cross-linking capabilities of the molecules as single films by sol-gel route. Subsequently, we transposed the cross-linking process to allow the creation of the sol-gel network between functionalized polymers during electrospinning. After optimization of the process, the resulting nanofibers were composed of a highly cross-linked three-dimensional polymeric network with stable properties over time. We then incorporated a bioactive peptide on one hand and gelatin on the other hand into the network generating bioactive hybrid nanofibers. In order to design PLA/peptide hybrid nanofibers we synthesized and functionalized a bioactive peptide. The grafting of the peptide at different rates in the polymeric network was confirmed and the properties of the nanofibers were studied. To modulate some properties of the nanofibers, we functionalize gelatin to design the PLA/gelatin hybrid nanofibers. Similarly, the grafting of gelatin to the polymers allowed to reduce the stiffness of the obtained hybrid nanofibers. The biological study showed the significant improvement of human fibroblast proliferation on these PLA/peptide and PLA/gelatin nanofibers.