Les biominéraux oxalates et phosphates de calcium : étude de leur formation et de leur stabilité par dynamique moléculaire

Calcium Oxalate and Calcium Phosphate Biominerals : Formation and Stability studied by Molecular Dynamics

• Auteur / Autrice : Théau Debroise
• Direction : Frederik Tielens, Christian Bonhomme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique
• Date : Soutenance le 24/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Frank De Proft
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mahamadou Seydou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florent Barbault, Françoise Remacle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Teneur en phosphates

Teneur en oxalates

Calcium -- Composés

Nucléation

Dynamique moléculaire

Adsorption

Minéralisation (biologie)

Mots clés libres

Biominéraux

DFT

Dynamique moléculaire

Métadynamique

Adsorption

Nucléation

Biominerals

Adsoprtion

Nucleation

Résumé

Cette thèse s’articule autour de la thématique de la biominéralisation, le processus par lequel les êtres vivants parviennent à orienter la précipitation de minéraux présents dans leur environnement pour confectionner des matériaux utiles à la survie de l’espèce considérée. La biominéralisation est un phénomène extrêmement complexe mettant en jeu des régulations génétiques et l’implication de protéines permettant d’enclencher la minéralisation, à des localisations bien précises. Il arrive cependant que celle-ci échappe au contrôle de l’organisme vivant conduisant alors à diverses pathologies. C’est le cas par exemple, quand des calcifications appelées calculs rénaux, se forment à l’intérieur des reins. A partir d’une certaine taille, un calcul rénal devient pathologique et nécessite une prise en charge hospitalière. La pathologie est communément appelée lithiase urinaire. Il est établi que les oxalates de calcium, et plus particulièrement les phases monohydratée (Calcium Oxalate Monohydrate, COM ou whewellite) et dihydratée (Calcium Oxalate Dihydrate, COD ou weddellite), composent la majorité des calculs rénaux. L’environnement, et tout particulièrement l’alimentation, est un facteur clé influençant la formation et la composition des calculs rénaux. Actuellement, les traitements consistent principalement à une injection d’antalgiques et à l’éjection du calcul par les voies naturelles. Si nécessaire, une intervention chirurgicale est mise en œuvre. Les médecins sont à la recherche de médicaments/traitements potentiellement capables de prévenir la formation des calculs rénaux. Dans cette thèse, nous avons choisi d’aborder cette problématique par le biais de la chimie théorique et plus particulièrement de la dynamique moléculaire, une méthode prédictive d’importance permettant d’étudier le comportement d’un modèle atomique au cours du temps.

This thesis is about biomineralisation, the process by which living beings manage to direct the precipitation of minerals present in their environment to make materials useful for the survival of the species in question. Biomineralization is an extremely complex phenomenon involving genetic regulation and the involvement of proteins to trigger mineralization at specific locations. It happens however that it escapes the control of the living organism, then leading to various pathologies. This is the case, for example, when calcifications called kidney stones are formed inside the kidneys. From a certain size, a renal calculus becomes pathological and requires hospital care. The pathology is commonly called urolithiasis. It is established that calcium oxalates, and more particularly the monohydrate (Calcium Oxalate Monohydrate, COM or whewellite) and dihydrate (Calcium Oxalate Dihydrate, COD or Weddellite) phases, make up the majority of kidney stones. The environment, and especially food, is a key factor influencing the formation and composition of kidney stones. Currently, the treatments consist mainly of an injection of analgesics and the ejection of the calculation by the natural channels. If necessary, surgery is performed. Doctors are looking for drugs / treatments that can potentially prevent the formation of kidney stones