Étude biomécanique et mécanobiologique de l'apport des cellules souches mésenchymateuses dans l'élaboration de prothèses biomimétiques du disque intervertébral par fabrication additive

par Jonaz Vasquez-Villegas

Projet de thèse en Mécanique et Génie Civil

Sous la direction de Pascal Kouyoumdjian et de Simon Le floch.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (laboratoire) et de Biomécanique des interactions et de l'organisation des tissus et des cellules (BIOTIC) (equipe de recherche) depuis le 16-04-2018 .


  • Résumé

    Nous proposons d'étudier l'apport des cellules souches mésenchymateuses dans l'élaboration d'un nouvel implant biomimétique de disque intervertébral (DIV) pour son remplacement total afin de retrouver une fonction mécanique et biologique pérenne (mobilité, stabilité, amortissement), adaptée aux caractéristiques morphologiques et aux contraintes mécaniques imposées par l'anatomie de chaque patient. En effet, les techniques chirurgicales et les dispositifs médicaux utilisés à ce jour ne permettent pas de reproduire ces propriétés princeps se rapprochant du DIV natif sain. En particulier, les prothèses actuelles sont « passives » (i.e., en matériaux biocompatibles mais non biodégradables) tandis qu'il devient primordial de les rendre « actives » en couplant le matériau biodégradable aux techniques d'ingénierie cellulaire pour permettre le remplacement à terme du biomatériau par la matrice extracellulaire produite par les cellules injectées. De part les interactions fortes que nous avons su développer entre les 6 partenaires principaux de notre groupe (LMGC, ICGM, IRMB, IBMM, CHU de Nîmes, CHU de Montpellier) et la participation active de l'entreprise 3D MEDLAB, nous souhaitons lever les verrous actuels qui ralentissent le développement d'un implant biomécaniquement stable et pérenne. Nos principales avancées seront d'utiliser une machine de fabrication avancée par la technique 3D-UV-inkjet et d'optimiser (i) la micromorphologie de l'implant, (ii) la fonctionnalisation biochimique du matériau polymère utilisé et (ii) sa sollicitation mécanique, pour favoriser la production de fibrocartilage.

  • Titre traduit

    Biomechanical and Mechanobiological study of the contribution of mesenchymal stem cells in the development of biomimetic intervertebral disc prosthesis by additive manufacturing


  • Résumé

    We propose to study the contributions of mesenchymal stem cells in the development of a new biomimetic intervertebral disc prosthesis (IVD) for its total replacement in order to recover a long-lasting mechanical and biological function (mobility, stability, damping), adapted to the morphologicalcharacteristics and mechanical constraints imposed by the anatomy of each patient. Indeed, the surgical techniques and medical devices used to date do not allow to reproduce these original properties approaching the native healthy IVD. In particular, current prostheses are "passive" (I.e., biocompatible but non-biodegradable materials) while it becomes essential to make them "active" by coupling the biodegradable material to cell engineering techniques to enable the long-term replacement of biomaterial by the extracellular matrix produced by the injected cells. Thanks to the strong interactions that we have developed between the 6 main partners of our group (LMGC, ICGM, IRMB, IBMM, CHU of Nîmes, CHU of Montpellier) and the active participation of the 3D MEDLAB company, we wish to lift the current locks that slow down the development of a biomechanically stable and durable implant. Our main advances will be to use an advanced manufacturing machine using the 3D-UV-inkjet technique and to optimize (i) the micromorphology of the implant, (ii) the biochemical functionalization of the polymer material used and (iii) its mechanical solicitation, to stimulate the production of fibrocartilage.