Elaboration de prothèses en titane modifiées avec un biofilm de lysats plaquettaires, permettant une amélioration de l’ostéointégration

par Sophiane Oughlis

Thèse de doctorat en Biologie moléculaire et cellulaire

Sous la direction de Didier Lutomski.

Soutenue en 2012

à Paris 13 .

mots clés

• Cellules souches mésenchymateuses
• Protéines de liaison aux acides gras
• Matériaux dentaires
• Ostéo-intégration

Résumé

La biointégration d'un implant osseux fait intervenir une cascade de processus initiés par l'adsorption de molécules environnantes à la surface du biomatériau. Cette étape aboutie à la forma-tion d'un biofilm jouant un rôle central dans l'adhésion cellulaire et la régénération du tissu osseux au contact de l'implant. Partant de cette observation, la recherche sur la modification des propriétés de surface des biomatériaux s'est développée en vue de contrôler et favoriser les interac-tions biomatériaux-protéines-cellules. Afin de favoriser ces processus interfaciaux, nous proposons un modèle d'implant en titane associant le greffage en surface d'un polymère "bioactif', le polysty-rène sulfonate de sodium (PolyNaSS) et l'utilisation de plasma riche en plaquettes (PRP). Les objectifs de ce travail sont d'une part, d'étudier la capacité d'adsorption du titane bioactivé (titane-PolyNaSS) vis-à-vis des protéines du PRP et d'autre part, d'évaluer in vitro, le modèle titane-PolyNaSS/PRP sur le comportement de cellules souches mésenchymateuses humai-nes (CSMh). Concernant les interactions biomatériaux-PRP, les résultats ont permis de mettre en évidence une augmentation de la capacité d'adsorption protéique du titane-PolyNaSS par rapport au titane non greffé, et une sélectivité de cette surface vis-à-vis des protéines du PRP. Concernant les réponses cellulaires induites par le biomatériau, le titane-PolyNaSS améliore l'étalement des CSMh et stimule la différenciation ostéoblastique. D'autre part, l'utilisation de PRP comme sup-plément nutritionnel accélère la vitesse de prolifération cellulaire par rapport aux cultures réali-sées en sérum de veau foetal (SVF) et accentue les effets du titanePolyNaSS sur la différenciation ostéoblastique. Ce travail confirme l'intérêt du modèle titane-PolyNaSS/PRP pour l'élaboration de nouvelles prothèses orthopédiques biologiquement actives favorisant 1'ostéointégration.

Titre traduit

Development of titanium prsthesis modified with a platelet lysate biofilm, allowing improved osteointegration

Résumé

The biointegration of bone implant involves a cascade of processes initiated by the adsorp-tion of surrounding molecules to the biomaterial surface. This step to end up at biofilm formation playing a central role in cell adhesion and bone regeneration upon contact with implant. Based on this observation, the surface modification research on biomaterial properties has been develo-ped to control and promote biomaterial-protein-cell interactions. To promote these interfacial processes, we propose to develop a novel titanium surface combining the grafting of a "bioac-tive" polymer, polystyrene sulfonate (polyNaSS) and the use of platelet rich plasma (PRP). The aims of this work are, firstly, to study the adsorption capacity of bioactivated titanium (titanium-polyNaSS) towards PRP proteins and secondly, to evaluate in vitro titanePolyNaSS/PRP model on the behavior of human mesenchymal stern cells (hMSCs). About biomaterial-PRP interactions, the results allowed to demonstrate an increase of the pro-tein adsorption capacity of titanium-polyNaSS and a selectivity of this adsorption, compa-red to ungrafted titanium. About cellular responses induced by the biomaterial, titanium-polyNaSS improves hMSCs spreading and stimulates osteoblast differentiation. Moreover, the use of PRP as nutritional supplement increases cell proliferation speed compared to fetal calf serum (FCS) cultures, enhances the titanium-polyNaSS effects on osteoblast differentiation. This work confirms the interest of titane-polyNaSS/PRP model for the development of new bio-logically active orthopedic prostheses promoting osteointegration.