Elaboration par voie sol-gel de supports macroporeux à base de verre bioactif pour l'ingénierie tissulaire. Caractérisation par micro-PIXE de leurs réactivités in vitro et in vivo

Sol-gel synthesis of macroporous scaffolds based on bioactive glasses for bone tissue engineering. Micro-PIXE characterization of their in vitro and in vivo reactivity.

• Auteur / Autrice : Joséphine Lacroix
• Direction : Edouard Jallot, Jonathan Lao
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 16/07/2013
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de Physique Corpusculaire (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (LPC-Clermont) Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand
• Jury : Président / Présidente : Gérard Montarou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christèle Combes, Ina Reiche, Patrice Laquerriere
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christèle Combes, Ina Reiche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Os -- Régénération (biologie)

Biomatériaux

Sol-gel, Procédé

Mots clés libres

Biomatériaux

Procédé sol-gel

Verres bioactifs

Macroporosité

Mésoporosité

Strontium

Micro-PIXE

Biomaterials

Sol-gel process

Bioactive glasses

Macroporosity

Mesoporosity

Strontium

Micro-PIXE

Résumé

Les verres bioactifs sont des matériaux particulièrement intéressants en régénération osseuse du fait de leur capacité à stimuler les cellules responsables de la croissance osseuse par les espèces qu’ils relarguent lors de leur dissolution et pour leur capacité à se lier à l’os. Au-delà de leur rôle comme matériau de comblement de défauts osseux, ils pourraient servir de support à la croissance en laboratoire de véritables greffons osseux cultivés à l’aide de seulement quelques cellules d’un patient. Afin d’être efficace, ce support doit posséder une architecture macroporeuse interconnectée pour permettre l’invasion cellulaire ainsi que la vascularisation, nécessaire à la survie des cellules. Ce travail de thèse a pour objectif la réalisation d’un tel support par l’ajout d’une étape de moussage au procédé sol-gel. Ce procédé a été utilisé pour la synthèse de matériaux aux porosités différentes permettant de déterminer une porosité plus prometteuse pour des essais in vivo qui ont montré l’invasion possible de cette mousse par des cellules osseuses. Ce procédé a de plus été rendu plus sûr par la mise au point d’une voie de synthèse alternative dans laquelle l’acide nécessaire au procédé de moussage, mais toxique, a été remplacé avec succès. Cette voie alternative a de plus permis l’organisation de la mésoporosité de la mousse. L’incorporation d’un élément d’intérêt biologique, le strontium, a été réalisé et son influence sur les propriétés et la réactivité du verre a été étudiée. Enfin, une voie de synthèse de nouveaux matériaux composites a été proposée : la grande bioactivité des verres bioactifs est conservée tout en ayant des propriétés mécaniques supérieures grâce à l’utilisation de la gélatine comme phase organique.

Bioactive glasses are very interesting materials for bone regeneration because of their ability to stimulate cells responsible for bone growth with ionic products released during dissolution and for their bone bonding ability. Beyond their role as bone filling materials, they can be used as support for growth of laboratory-made bone grafts cultivated from just a few cells of a patient. This support, named scaffold, has to be an interconnected macroporous architecture in order to allow cell invasion and vascularization which is essential to cell survival. The aim of this thesis work is the realization of such a scaffold using the sol-gel foaming process. This process has been used for the synthesis of materials with different properties that were compared for determination of the most promising for in vivo implantation and was indeed able to allow cell invasion. Moreover, this process was improved to be safer by replacement of hazardous catalyst. This new process also allowed the structuration of the mesoporosity inside the foams. Incorporation of a biologically active element (strontium) was realized and its influence on the glass properties and reactivity was evaluated. Finally, the synthesis of new composite materials has been proposed: the high bioactivity of bioactive glasses is preserved while better mechanical properties are obtained thank to the use of gelatin as organic phase.