Nanocomposites créés par impression 3D et électrofilage pour des applications en santé : conception de matériaux avancés avec des propriétés antibactériennes et anticancéreuses

Nanocomposites Created by 3D Printing and Electrospinning for Healthcare Applications: Design of Advanced Materials with Antibacterial and Anticancer Properties

• Auteur / Autrice : Zahraa Saleh
• Direction : David Cornu, Edmond Cheble
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ingénierie Biomoléculaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....) en cotutelle avec Université libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IEM - Institut Européen des Membranes

Mots clés

Mots clés libres

Nanocomposites

Impression 3D

Électrofilage

Nanocomposites

3D Printing

Electrospinning

Résumé

Nanocomposites créés par impression 3D et électrofilage pour les applications de soins de santé : conception de matériaux avancés aux propriétés antibactériennes et anticancéreuses Le développement de nouveaux matériaux nanocomposites aux propriétés sur mesure pour les applications biomédicales représente un domaine de recherche intensif. Ce projet de doctorat se concentre sur la fabrication et la conception avancée de systèmes nanocomposites créés par impression 3D et électrofilage qui présentent des caractéristiques antibactériennes et anticancéreuses pour des utilisations potentielles dans les soins de santé. Plus précisément, ce travail porte sur l'ingénierie de nappes de nanofibres composites et de scaffolds imprimés en 3D chargés de nanoparticules inorganiques pour servir de plateformes pour l'administration thérapeutique localisée et la régénération de tissus infectés. La polyvalence et la précision inhérentes des procédés d'impression 3D et d'électrofilage permettent de structurer des nanocomposites avec des architectures contrôlées. En incorporant des nanoparticules ayant des propriétés thérapeutiques intrinsèques, telles que l'argent, l'oxyde de zinc, l'oxyde de cuivre et le sélénium, dans ces matrices sur mesure, des plateformes multifonctionnelles peuvent être développées. Une enquête systématique sur la façon dont la composition, la chimie de surface et le mode de présentation 3D des nanocomposites influence la puissance antibactérienne et la biocompatibilité sera essentielle. En outre, des efforts concertés pour comprendre et ensuite optimiser les propriétés anticancéreuses grâce à la libération localisée et soutenue d'agents chimiothérapeutiques à partir de systèmes nanocomposites imprimés en 3D/électrofilés seront entrepris. Une variété de techniques microscopiques, spectroscopiques et d'imagerie avancées seront utilisées pour évaluer la morphologie, l'état de dispersion des nanoparticules, la porosité, la mouillabilité, les propriétés mécaniques, la stabilité, la cinétique de libération du médicament, l'activité antibactérienne et les effets anticancéreux des nanocomposites développés. De plus, la cytocompatibilité sera évaluée en cultivant des lignées cellulaires de mammifères en contact direct avec des nappes de nanofibres et des constructions imprimées en 3D sur de longues périodes. Des modèles d'infection in vitro et des études de nanotoxicité approfondies détermineront l'adéquation de l'adaptation de la technologie pour les implants, les pansements et le traitement localisé de bactéries multirésistantes. Ensemble, les informations fondamentales obtenues aideront à la conception future de technologies nanocomposites plus intelligentes pour lutter contre les infections microbiennes et favoriser la réparation des tissus. En fin de compte, cette recherche de pointe ouvrira la voie à des nanocomposites imprimés en 3D et électrofilés qui peuvent combattre les infections bactériennes, supprimer la croissance tumorale localisée, favoriser la cicatrisation et réduire le recours clinique aux antibiotiques/thérapeutiques systémiques - impactant le domaine de la nanomédecine et les futures solutions de soins de santé personnalisés. Les plateformes prometteuses générées peuvent offrir aux cliniciens de nouveaux outils puissants pour gérer les complications sur tout un spectre de tissus endommagés et de sites sujets aux infections lors d'interventions médicales, de traumatismes et de chirurgies avec implants

Nanocomposites Created by 3D Printing and Electrospinning for Healthcare Applications: Design of Advanced Materials with Antibacterial and Anticancer Properties The development of novel nanocomposite materials with tailored properties for biomedical applications represents an area of intense research interest. This PhD project focuses on the fabrication and advanced design of nanocomposite systems created via 3D printing and electrospinning that exhibit antibacterial and anticancer characteristics for potential healthcare uses. Specifically, this work centers on engineering composite nanofiber mats and 3D printed scaffolds loaded with inorganic nanoparticles to serve as platforms for localized therapeutic delivery and infected tissue regeneration. The inherent versatility and precision of 3D printing and electrospinning processes enables the structuring of nanocomposites with controlled architectures. By incorporating nanoparticles with intrinsic therapeutic properties, such as silicon oxide, zinc oxide, copper oxide, and selenium, within these tailored matrices, multifunctional platforms can be developed. Systematic investigation into how the composition, surface chemistry, and 3D presentation mode of nanocomposites influences antibacterial potency and biocompatibility will be essential. Furthermore, concerted efforts to understand and subsequently optimize anticancer properties through the localized and sustained release of chemotherapeutic agents from 3D printed/electrospun nanocomposite systems will be undertaken. A variety of advanced microscopic, spectroscopic and imaging techniques will be utilized to evaluate the morphology, nanoparticulate dispersion state, porosity, wettability, mechanical properties, stability, drug release kinetics, antibacterial activity and anticancer effects of the developed nanocomposites. Moreover, cytocompatibility will be thoroughly assessed by culturing mammalian cell lines in direct contact with nanofiber mats and 3D printed constructs over prolonged periods. Extensive in vitro infection models and nanotoxicity studies will determine the suitability of tailoring the technology for implants, wound dressings, and localized treatment of multidrug resistant bacteria. Together, the fundamental insights gained will aid the future design of smarter nanocomposite technologies to tackle microbial infections and support tissue repair. Ultimately, this cutting-edge research will pioneer steps towards 3D printed and electrospun nanocomposites that can combat bacterial infections, suppress localized tumor growth, promote healing, and reduce clinical reliance on systemic antibiotics/therapeutics – impacting the field of nanomedicine and next-generation personalized healthcare solutions. The promising platforms generated may offer clinicians powerful new tools in managing complications across a spectrum of damaged tissues and sites prone to infection during medical procedures, trauma, and implant surgery.