Comportement "in vitro" et "in vivo" de verres composites poreux : assimilation osseuse, explorations physiologiques et physico-chimiques

par Salha Boulila

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Hassane Oudadesse et de Hafed Elfeki.

Soutenue le 30-05-2016

à Rennes 1 en cotutelle avec l'Université de Sfax (Tunisie) , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (ComuE) et de Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) .


  • Résumé

    L'application des biomatériaux est de plus en plus élargie. Le progrès médical suggère l'utilisation des biomatériaux (verres bioactifs, apatites,..) en tant qu'implants selon le besoin de l'organisme. L'objectif de notre travail est de mettre en évidence l'influence biologique des molécules organiques (bisphosphonates, biopolymères et antibiotiques) incorporés dans des matrices de verres bioactifs. De même, notre étude vise à optimiser les meilleures techniques de synthèse et d'association des verres bioactifs à ces molécules. La détoxification des rats mâles de souche « Wistar » exposés au chlorure de nickel par une apatite synthétique a aussi fait l'objet de ce travail. Suite à une perte osseuse provoquée, nous avons démontré que l'utilisation des antibiotiques associés à des verres bioactifs en tant qu'implants osseux, chez des rattes ovariectomisées, permet d'éliminer certains effets indésirables par voie systémique. Ceci a été mis en évidence par l'évaluation des paramètres biochimiques et histologiques du foie et du rein. Aucune variation significative en comparaison avec ceux du témoin négatif n'a été révélée. L'étude in vitro a montré d'une part que l'introduction du Chitosan et surtout de l'antibiotique dans la matrice vitreuse font augmenter l'activité antibactérienne in vitro. Cette étude in vitro a montré d'autre part que la Ciprofloxacine induit un effet néfaste sur les cellules ostéoblastiques et endothéliales. Cet effet est local lorsqu'il s'agit des expérimentations in vivo. Ceci est mis en évidence lors des évaluations du statut oxydant. Les marqueurs du remodelage osseux, l'histologie de l'os et les paramètres physico-chimiques montrent l'effet retardateur de cet antibiotique sur la dissolution de l'implant et par conséquent sur son ossification. La synthèse par le procédé de sol-gel provoque une bioactivité plus importante que celle obtenue par fusion. La bioactivité des verres bioactifs étudiés diffère selon la molécule introduite. Celle-ci est réduite dans le cas de l'association du Clodronate et de Ciprofloxacine in vitro et in vivo. Alors que, le Polyvinyl Alcohol et surtout le Chitosan font modifier la cinétique de cette bioactivité in vivo. Concernant l'hydroxyapatite, nous avons essayé d'explorer son effet détoxifiant chez des rats reçevant le chlorure de nickel. Nos résultats ont montré que le nickel induit un stress oxydant au niveau du foie, du rein, de la rate et du culot érythrocytaire. Des troubles physiologiques ont été observés chez les rats exposés au nickel. Cependant, l'implantation de l'hydroxyapatite protège les rats intoxiqués par le nickel contre ses effets toxiques en diminuant l'état du stress. Le biomatériau utilisé s'avère efficace pour corriger l'équilibre ferrique et phosphocalcique, protéger les fonctions rénale et hépatique, abaisser le taux du nickel osseux et corriger l'anémie.

  • Titre traduit

    Behavior "in vitro" and "in vivo" of porous composite glasses : bone assimilation, physiological and physicochemical explorations


  • Résumé

    The application of biomaterials is increasingly widened. Medical progress suggest the use of biomaterials (bioactive glasses, apatites,..) as implants according to the need of the body. The aim of our work is to highlight the biological influence of organic molecules (bisphosphonates, biopolymers and antibiotics) incorporated into matrix of bioactive glasses. Similarly, our study aims to optimize the best synthesis and combination technique of bioactive glasses to these molecules. The detoxification of male rats strain "Wistar" exposed to nickel chloride by a synthetic apatite also has been the object of this work. Following the bone loss induced, we have demonstrated that the use of antibiotics associated with bioactive glass as bone implants, in ovariectomised rats, eliminates some adverse effects systemic. This has been highlighted by the evaluation of biochemical and histological parameters of liver and kidney. Any significant changes in comparison with those of the negative control was revealed. The in vitro study showed in the one hand that the introduction of Chitosan and especially of the antibiotic in the glass matrix can increase antibacterial activity. This in vitro study showed in the other hand that the Ciprofloxacin induces a negative effect on osteoblastic and endothelial cells. This effect is local when it has been an in vivo experiments. This is highlighted by the oxidative status evaluation. Markers of bone turnover, bone histology and physicochemical parameters show the retarding effect of this antibiotic on the dissolution of the implant and consequently on its bone formation. Synthesis by sol-gel method causes a more important bioactivity than melting. The bioactivity of elaborated bioactives glasses will differ depending on the molecule introduced. It is reduced in the case of combination of Clodronate and Ciprofloxacin in vitro and in vivo. While, Polyvinyl Alcohol and especially Chitosan modify the kinetic of the bioactivity in vivo. Concerning the hydroxyapatite, we tried to explore its detoxifying effect in rats receiving nickel chloride. Our results showed that nickel induces an oxidative stress in the liver, kidney, spleen and red cell pellet. Physiological disorders were observed in rats exposed to nickel. However, implantation of hydroxyapatite protects rats intoxicated by nickel against its toxic effects by decreasing the stress status. The used biomaterial is effective to correct ferric phosphate balance, protect kidney and liver function, reduce level of bone nickel and correct anemia.


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