Matériaux composites bioactifs pour la régénération des crêtes alvéolaires après la perte de dents : Couplage d’ingénierie tissulaire osseuse MSC-Conditioned Medium avec échafaudages résorbables imprimables

Bioactive Composite materials for alveolar ridge regeneration after tooth loss: Bone tissue engineering coupling MSC-Conditioned Medium with printable resorbable scaffolds

• Auteur / Autrice : Shahid Ali Shah
• Direction : Pierre-Yves Collart dutilleul
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 19/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LBN - Laboratoire Bioingénierie et Nanosciences
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Bioingénierrie maxillo-faciale et cellules souches
• Jury : Président / Présidente : Frederic Cuisinier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Yves Collart dutilleul, Benjamin Fournier, Salma Rahim attaullah, Naila Hamid, Afsheen Mahmood
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Fournier, Abdul Jalil Khan

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux composites bioactifs

Régénération Osseuse

Échafaudages résorbables imprimables

Characterization de l'os

Bioactive materials

Bone Regeneration

Resorbable scaffolds

Characterization of bone

Résumé

Nous avons mené une étude approfondie sur les matériaux bioactifs pour la régénération de la crête alvéolaire après la perte de dents, en nous concentrant sur la caractérisation des structures osseuses natives et régénérées. Notre étude a commencé par une analyse approfondie de vertèbres de queue de rat, à l'aide de la tomographie assistée par ordinateur, de la microscopie électronique à balayage, d'examens histologiques avec des techniques de coloration spéciales, de la spectroscopie Raman et de la spectroscopie à dispersion d'énergie. Nous avons ensuite étendu nos recherches à des espèces plus grandes, en intégrant diverses techniques analytiques pour développer une base de données osseuse comparative. Pour assurer une caractérisation complète, nous avons utilisé des techniques avancées telles que la micro-tomodensitométrie, la spectroscopie Raman, la microscopie électronique à balayage et la microscopie Brillouin. Nous avons développé et affiné les méthodes de préparation des échantillons, y compris une technique de déshydratation rapide, afin d'optimiser la préservation et l'analyse des microstructures osseuses. Notre étude a abouti à la caractérisation des microstructures de l'os cortical de vertèbres de rat et s'est étendue à l'examen de l'os mandibulaire de l'homme, du singe et du porc. Cette approche multi-espèces a permis d'obtenir des informations précieuses sur l'anatomie, la composition et les processus de remodelage de l'os d'une espèce à l'autre, en établissant des critères cruciaux pour l'évaluation de la régénération osseuse et en optimisant la sélection des modèles pour les études futures. Nos résultats contribuent de manière significative au domaine de la recherche sur la régénération osseuse et ont des implications importantes pour les applications cliniques en médecine dentaire et orthopédique. Nos recherches nous ont permis de comprendre et d'étudier les subtilités de la microstructure osseuse, notamment la formation de la triple hélice de collagène, la formation de fibrilles et la nucléation de l'hydroxyapatite. Nous avons examiné le rôle des protéines non collagéniques dans le dépôt minéral, la croissance et la maturation des cristaux, ce qui nous a permis de mieux comprendre l'intégration de la matrice osseuse. Des examens détaillés de l'os cortical dans la région molaire et de l'os alvéolaire ont révélé les caractéristiques complexes des différents types d'os. À la recherche de techniques avancées de régénération osseuse, nous avons évalué les matériaux composites bioactifs et leur application dans l'ingénierie des tissus osseux. Nous avons évalué l'efficacité des matériaux composites bioactifs et leur application dans l'ingénierie des tissus osseux.

We conducted a comprehensive investigation into bioactive materials for alveolar ridge regeneration following tooth loss, focusing on the characterization of native and regenerated bone structures. Our study began with an extensive analysis of rat tail vertebrae, employing micro-computed tomography, scanning electron microscopy, histological examinations with special staining techniques, Raman spectroscopy, and energy dispersive spectroscopy. We subsequently expanded our research to include larger species, integrating various analytical techniques to develop a comparative bone database. Our investigation explored to understand and then study the intricacies of bone microstructure, including collagen triple helix formation, fibril formation, and hydroxyapatite nucleation. We examined the role of non-collagenous proteins in mineral deposition, crystal growth, and maturation, leading to a comprehensive understanding of bone matrix integration. Detailed examinations of cortical bone in the molar region and alveolar bone revealed intricate characteristics of various bone types. In pursuit of advanced bone regeneration techniques, we evaluated bioactive composite materials and their application in bone tissue engineering. We assessed the efficacy of mesenchymal stem cell conditioned medium combined with printable resorbable scaffolds, comparing these to conventional bone grafting methods. Our research also included a comparative analysis of scaffolding materials, considering modifications for optimal vascularization in critical size defects. This will also ensure the success of our future studies in the same theme. To ensure comprehensive characterization, we employed advanced techniques such as micro-tomodensitometry, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, and Brillouin microscopy. We developed and refined sample preparation methods, including a fast dehydration technique, to optimize the preservation and analysis of bone microstructures. Our study culminated in the characterization of rat vertebrae cortical bone microstructures and extended to the examination of human, monkey, and pig mandibular bone. This multi-species approach provided valuable insights into bone anatomy, composition, and remodeling processes across species, establishing crucial criteria for evaluating bone regeneration and optimizing model selection for future studies. Our findings contribute significantly to the field of bone regeneration research and have important implications for clinical applications in dental and orthopedic medicine.