Architected fibrous scaffolds dedicated to soft tissue reconstruction : shaping of novel degradable elastomers via electrospinning

par Louis Gangolphe

Thèse de doctorat en Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Frédéric Bossard et de Xavier Garric.

Le président du jury était Guy Schlatter.

Le jury était composé de Céline Falentin-Daudre, Stéphanie Degoutin.

Les rapporteurs étaient Guy Schlatter, Valérie Langlois.

  • Titre traduit

    Biomatériaux architecturés pour la reconstruction de tissus mous : mise en forme de nouveaux élastomères dégradables via le procédé d'électrospinning


  • Résumé

    La reconstruction de tissus lésés est un problème majeur de santé publique. Le don d’organes est une solution viable mais le manque de donneurs a poussé les chercheurs à développer des biomatériaux pour réparer ces tissus endommagés. Actuellement, la recherche se focalise sur une nouvelle génération de biomatériaux en leur donnant des caractéristiques biomimétiques et bioactives. Pour autant la reconstruction de tissus mous (muscles, peau, veines) n’a pas encore reçu de solutions viables. En effet, les biomatériaux n’intègrent pas simultanément toutes les propriétés caractéristiques des tissus mous comme une grande élasticité, une anisotropie et une structure fibreuse. Par ailleurs, les biomatériaux développés ne sont généralement pas biodégradables et peuvent entraîner des inflammations à long terme. Ce projet pluridisciplinaire se concentre sur le développement de nouveaux « scaffolds » permettant la régénération de tissus mous. L'objectif est de créer des matériaux 3D fibreux, architecturés et élastiques à partir de copolymères à blocs à base de PLA et PEG (polymères biocompatibles et approuvés par la Food and Drug Administration) pour l’adhésion et le guidage de la prolifération cellulaire. Le scaffold micro-fibreux est obtenu à partir de la technique d’électrospinning. Cette technique à l’aide d’une solution de polymère et d’un haut champ électrique permet de produire des fibres à l’échelle micro/nanométrique. L’organisation de ces fibres est obtenue en utilisant des collecteurs micro-structurés dont la disposition des mâts permet un contrôle du dépôt des fibres et de la micro-structure finale. Pour moduler les cinétiques de dégradation et les propriétés mécaniques des scaffolds, de nouveaux copolymères à blocs dégradables ont été d’abord synthétisés puis fonctionnalisés afin de développer des élastomères photo-réticulés ayant des propriétés élastiques. Par la suite, ces nouveaux matériaux ont été électrospinnés et caractérisés structurellement et mécaniquement au cours du processus de dégradation hydrolytique. La cytocompatibilité des nouveaux matériaux a été étudiée ainsi que le comportement des cellules sur les matériaux architecturés 3D fibreux pour évaluer l’impact et l’apport d’une architecture fibreuse pour une future régénération de tissus mous.


  • Résumé

    The reconstruction of damaged tissues is a major public health issue. Organ donation is a viable solution, but the lack of a donor has led researchers to develop biomaterials to repair these damaged tissues. Currently, research is focusing on a new generation of biomaterials by giving them biomimetic and bioactive characteristics. However, the reconstruction of soft tissues (muscles, skin, veins) has not yet received viable solutions. Indeed, biomaterials do not simultaneously integrate all the characteristic properties of soft tissues such as high elasticity, anisotropy and fibrous structure. In addition, the biomaterials developed are generally not biodegradable and may cause long-term inflammation. This multidisciplinary project focuses on the development of new scaffolds for soft tissue regeneration. The objective is to create architected, fibrous and elastic 3D scaffolds from degradable block copolymers based on FDA approved PLA and PEG polymers for adhesion and cell guidance. The fibrous scaffold is obtained from the electrospinning technique. This technique using a polymer solution and a high electric field produces fibers at the micro/nanometric scale. The organization of these fibers is obtained by using micro-structured collectors whose arrangement of the mats allows control of the fiber deposition and the formation of a specific and well-defined microstructure. To modulate the degradation kinetics and mechanical properties of scaffolds, new degradable block copolymers were first synthesized then functionalized to develop photo-crosslinked elastomers with elastic properties. These new class of materials were then electrospun and characterized structurally and mechanically during the hydrolytic degradation process. The cytocompatibility of new materials was studied as well as the behavior of cells on 3D architected fibrous scaffolds to evaluate the impact and contribution of fibrous architecture for future soft tissue regeneration.


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