Thèse soutenue

Remodelage d'hydrogels de collagène biomimétiques par conditionnement chimique et mécanique
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Auteur / Autrice : Julie Brun
Direction : Alba MarcellanNadège Pantoustier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
Date : Soutenance le 20/03/2023
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et ingénierie de la matière molle (Paris ; 1997-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-François Joanny
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Helary, Jian Ping Gong, Edoardo Mazza
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Pignon, Rachel Auzély-Velty

Mots clés

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Résumé

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Les propriétés thermiques et mécaniques remarquables des tissus biologiques sont associées à l'assemblage fibrillaire multi échelle de collagène. Cette structure supramoléculaire complexe reste difficile à reproduire in vitro car pas entièrement rationalisée. D'autre part, l'approche synthétique des hydrogels de collagène reste souvent limitée à des concentrations faibles en collagène nécessitant le renforcement soit par d'autres polymères, soit par des réticulations chimiques irréversibles. Bien qu'étant en partie fibrillaire, ces gels n'ont pas d'ultrastructure et de comportement biomimétiques. De plus, il est difficile de rationaliser leurs propriétés en raison de la variabilité des procédés in vitro et de la faible quantité d'échantillons. Ce travail vise donc à apporter une contribution rigoureuse sur l'élaboration d'hydrogels biomimétiques purs en collagène de type I (> 95 wt% d'eau) à l'état de référence. Un ensemble d'observations microscopiques et d'essais uniaxiaux ont été réalisés pour décrire les relations entre la structure et les propriétés mécaniques des gels à l'équilibre dans l'eau. Divers conditionnements chimiques et mécaniques ont été utilisés pour appréhender la dynamique et remodeler ces réseaux. Les effets de pH et de force ionique ont été traités indépendamment en prenant en compte le caractère polyampholyte du collagène. Si l'effet du pH est peu marqué dans les gammes usuelles autour de pH=7, l'ajout de sels a un très fort impact même à faible concentration (< 10 mM). La force ionique affecte grandement la structure fibrillaire conduisant à des diminutions de stabilités. Les propriétés des gels ont pu aussi être ajustées via la mécanique en s'appuyant sur la forte viscoélasticité du réseau de collagène. Les micro-mécanismes de déformation associés ont été étudiés par SAXS pour caractériser la réorientation fibrillaire. Celle-ci a aussi été évaluée en examinant des échantillons plus fins sous forme de filaments a priori plus propice à l'alignement : des structures hautement anisotropes ont pu été générées atteignant plusieurs MPa de module. Ainsi, les réseaux fibrillaires de collagène, exemptés de toute chimie covalente, constituent des matrices remodelables et versatiles pour des applications biomédicales.