Phases denses de collagène de type I : transition isotrope/cholestérique, fibrollogenèse et minéralisation

par Frédéric Gobeaux

Thèse de doctorat en Biophysique moléculaire

Sous la direction de Gervaise Mosser.

Soutenue en 2007

à Paris 6 .

mots clés

• Collagène
• Auto-assemblage
• Cristal-liquide
• Fibrollogenèse
• Minéralisation
• Rhéologie

Résumé

L’objectif de ce travail consiste en l’étude in vitro des phénomènes d’auto-assemblage des molécules de collagène de type I en phases denses. Dans un premier temps nous nous sommes consacrés à l’étude de solutions colloïdales de collagène solubilisé en milieu acide. Nous avons considéré la formation d’une phase cristal-liquide nématique chirale (cholestérique) sous l’effet de la concentration et nous nous sommes donc proposés de caractériser la transition isotrope/cholestérique (I/N*) et la structure de la phase cristal-liquide obtenue à l’aide de la microscopie optique à lumière polarisée et de la diffusion des rayons X aux petits angles. Les concentrations critiques à la transition et le paramètre d’ordre de la phase nématique sont cohérents avec les prédictions théoriques pour des macromolécules semi-flexibles. De plus, nous avons décrit les propriétés rhéologiques de ces solutions à l’aide d’expériences en régime oscillant en géométrie cône-plan. Ensuite, nous avons cherché à déterminer l’influence de quelques paramètres physico-chimiques simples sur la formation de gels fibrillaires (la « fibrillogenèse »). Ces gels ont été caractérisés par diffusion des rayons X et microscopie électronique à transmission sur coupes ultrafines. Enfin, nous présentons quelques tentatives de minéralisation de ces matrices fibrillaires ordonnées ; nous y montrons comment nous avons réussi à obtenir une phase minérale (hydroxyapatite) coalignée avec la phase organique. Ce travail s’inscrit dans un contexte plus large de compréhension de la morphogenèse tissulaire et de la synthèse de biomatériaux ordonnés.

Titre traduit

Type I collagen in the dense state : isotropic/cholesteric transition, fibrollogenesis and mineralization

Résumé

The aim of this work is the in vitro study the self-assembly properties of collagen molecules in dense phases. First, we focused on acidic colloidal suspensions of collagen. We studied the isotropic/cholesteric (I/N*) transition as well as the structure of the liquid-crystalline phase thus obtained. For this we used polarized light optical microscopy and small angle X-ray scattering. Moreover, we described the rheological properties of these solutions through oscillating experiments with a cone-plane rheometer. Then we studied the influence of simple physico-chemical parameters on the formation of fibrillar gels resulting from the neutralization of acidic solution (« fibrillogenesis »). These gels were characterized by X-ray scattering and Transmission Electron Microscopy on ultrathin sections. Finally, we present some results concerning the mineralization of such ordered fibrillar matrices ; in particular, we highlight the coalignment of a hydroxyapatite phase along with the organic one. This work takes place in a wider context of tissue morphogenesis comprehension and of ordered biomaterials synthesis.