Greffage covalent de polymères bioactifs sur des surfaces en titane pour améliorer la réponse de cellules osseuses

Grafting of bioactive polymers covalenty attached to titanium surface : effect on osteoblast

• Auteur / Autrice : Josselin Mayingi
• Direction : Gérard Helary
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Ostéo-intégration

Oxydation

Résumé

L'objectif de cette étude a été d'améliorer l'ostéointégration d'implants en titane en greffant à leur surface des polymères porteurs de groupes ionique sulfonate et carboxylate, de manière covalente selon deux voies. Uelle que soit la voie, la surface est oxydée chimiquement de façon à produire de l'hydroperoxyde de titane et Ti-OH. La première voie consiste a génerer des radicaux en surface qui amorcent la polymérisation radicalaire des monomères : styrène sulfonate de sodium NaSS et acide méthacrylique MA. La deuxième voie fait appel à une molécule gréffée au titane par silanisation, présentant à une extrémité une double liaison vinylique qui, dans une seconde étape, est copolymérisée avec MA et NaSS. La caractérisation des surfaces par différentes techniques (IR, XPS, angle de contact) a permis de montrer l'éficacité du greffage et de terminer les compositions des deux monomères. Le taux de greffage a étè évalué par dosage colorique et des valeurs comprises entre 1,0 ug/cm2 et 5, 0 ug/cm2 ont été obtenues selon la voie utilisée. L'étude in-vitro a été réalisée avec des pré-ostéoblastes MC3T3-E1 cultivé sur le titane gréffé et titane témoin. La comparaison des résultats a permis de montrer une amélioration de l'adhèsion des cellules, un accroisement de l'activité de la phosphatase alcaline ainsi qu'une augmentation de la production de phosphate de calcium pour la surface de titane gréffé présentant un rapport MA/NaSS proche de 1. La distribution aléatoire de ces groupements ioniques le long des chaînes macromoléculaires permettrait de créer des sites qui intéragiraient avec les protéines adhésives avec comme conséquence la modification de leur conformation.

The goal of this study was to improve osseointegration of titanium implants by covalently grafting ionic polymers such as poly(sodium styrene sulfonate) and/or poly(metharcrylic acid) at their surface, according to two ways. Whatever the chosen way, surface was chemically oxidized in order to produce titanium hydroperoxide and Ti-OH. The first way consisted of producing radicals at the titanium surface which initited polymerization of monomers: sodium styrene sulfonate NaSS and methacrylic acid MA. The second way used a molecule with a vinyl bond at one end which was grafted to the titanium surface by silanization. Copolymerisation of MA and NaSS with the terminal double bond allowed the grafting of the ionic polymer. Surface characterization by various techniques (IR, XPS, contact angle) allowed to show the grafting efficiency and to determine the monomers compositions. Quantitative grafting is determined by a colorimetric method and evaluated between 1,0 ug/cm2 et 5,0 ug/cm2 according to the way chosen. In vitro study was performed with pre-osteoblast cells MC3T3-E1 cultured onto grafted titanium and native titanium as control. Comparison of results has shown an improvement of cellular adhesion, an increase of phosphatase alkaline activity and production of calcium phosphate for grafted surfacces having a ratio MA/NaSS equal to 1. Random distribution of these ionic groups along the macromolecular chains would allow creating active sites which could interact with adhesive proteins the conformation of which would be modified