Surface modifications of selected implant biomaterials by application of polyelectrolyte multilayers with silver active factor

par Marta Malcher

Thèse de doctorat en Sciences Pharmaceutiques.Chimie de Bioconjugaison

Sous la direction de Benoît Frisch et de Adam Sokolowski.

Soutenue en 2008

à Strasbourg 1 en cotutelle avec Wroclaw - Pologne .

  • Titre traduit

    Insertion d'agents bactéricides à base d'argent dans des films multicouches de polyélectrolytes : Application à la fonctionnalisation de biomatériaux


  • Résumé

    Le but de cette thèse était développer un nouveau, actif, antimicrobien type d’enrobage de la surface de biomatériaux. Deux possibilités sont proposées : 1) enrobage contenant des ions d’argent, et 2) enrobage contenant des nanoparticules d’argent. La stratégie sélectionnée pour atteindre ce but est de modifier la surface en y appliquant des couches de polyélectrolytes et d’argent sous différentes formes. L’argent agit contre une grande gamme des bactéries et est une alternative aux antibiotiques qui sont généralement moins efficaces. L’application d’argent est une réponse à l’augmentation du nombre des souches de bactéries résistantes nécessitant un réel besoin des novelles solutions. Une première solution consiste à utiliser des films multicouches de polyélectrolytes et appliquer la délivrance contrôlée de nitrate d’argent en liposomes agrégés. Le film de polyélectrolytes est obtenu via l’alternance de déposition des polymères cationiques et anioniques, PLL/HA, en conformité avec la méthode Layer-by-Layer. Le film (PLL/HA)20 étant épais et bien hydraté constitue une base idéale pour l’inclusion de liposomes et permet l’application d’enrobage sur diverses surfaces solides.  L’agrégation des vésicules rend possible l’arrivée de la concentration bactéricide de Ag (I). Sous stimuli externe (température), la composition de la membrane des vésicules est optimisée afin d’obtenir la libération contrôlée d’AgNO3 encapsulé. La libération contrôlée de la dose active des ions d’argent dans le site d’implantation permet d’obtenir l’effet bactéricide pendant la période post– implantation très courte sans arriver à une concentration toxique. La deuxieme solution est d’utiliser l’argent colloïdal en combinaison avec l’hydroxyapatite et les polyelectrolytes (pLL et PGA). L’utilisation de nanoparticules d’argent dans le milieu os- implant- matériau- HAp permet d’obtenir les propriétés antibactériennes de l’HAp. Les solutions proposées pourraient être une alternative aux antibiotiques systémiques et aux biomatériaux limitant l’adhésion bactérienne.


  • Résumé

    Subject of this dissertation concerns biomaterials’ surfaces modification. The main attention is paid to the part concerning biomaterial surface functionalization in order to obtain antibacterial activity. Work described here refers to an extremely important and serious problem – the post surgery infections healing or elimination. Bacterial infections at the site of implanted medical devices present a serious source of complications leading, if untreated, to chronic microbial infection, inflammation, tissue necrosis, septicemia and eventually to death. Purpose of this work was to obtain a new type of antibacterial, active biomaterial’s surface coating. Two separate approaches are proposed: first one – coating containing silver ions and second – coating containing silver nanoparticles. Strategy that was chosen for obtaining this aim was functionalization of surface with polyelectrolyte layers and silver in different forms. Silver, active against a wide range of bacteria, is an alternative for the less and less effective antibiotics. Application of silver constitutes the answer for constantly increasing number of multi drug resistant bacteria strains and related to this need for new solutions. In this work two forms of silver – ions and nanoparticles were used. In the first approach use of polyelectrolyte multilayer and application of controlled release of silver nitrate from liposome aggregates were proposed. Polyelectrolyte multilayer film was obtained by the alternate deposition of cationic and anionic polymers PLL/HA according to the layer-by-layer (LbL) method. This technique allows preparing nanoarchitectures exhibiting specific properties. Thick and well hydrated (PLL/HA)20 polyelectrolyte film provides an ideal base for liposomes embedding, and enables application of proposed coating on wide variety of solid surfaces. Aggregation of vesicles allowed reaching bactericidal concentration of silver ions. Vesicles membrane composition was optimized to controlled release of encapsulated silver salt under external stimuli - temperature. Controlled release of active dose of silver ions at the site of implantation ensures obtaining the fast bactericide effect during the critical short post-implantation period without reaching the systemic toxicity level of the agent. According to the concentration of AgNO3 encapsulated in the coating, time of reaching the complete bactericidal effect can be as fast as several to tens minutes. Biocompatible character of the surface was obtained thanks to inert properties of used polyelectrolytes. In the second approach colloidal silver was used in combination with hydroxyapatite and polyelectrolytes – pLL and PGA. Polyelectrolytes and Layer by Layer method principles were used to combine silver nanoparticles with bone implant material – hydroxyapatite. Obtained constructions were tested with several bacteria strains. Application of silver nanoparticles to coating construction resulted in obtaining antibacterial properties of HAp. Thanks to proper choice of applied modern techniques the aim of the thesis is reached. Proposed solutions constitute alternative to systemic antibiotic treatment and proposed modified biomaterials limiting bacteria adhesion. Character of designed coating is universal. Possiblity of its application to the different than antibacterial purposes makes the coating an interesting tool to an easy functionalization of desired surface.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (166 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 152-166

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2008;5814
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Pôle pharmacie, biologie et cosmétologie.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MFTH 9874
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