Caractérisation structurale d'hydroxyapatites carbo-silicatées par RMN du solide : applications à l'ingénierie du tissu osseux

Structural Characterization of Carbosilicated Hydroxyapatites by NMR : application to bone tissue engineering

• Auteur / Autrice : Aurélien Froment
• Direction : Christian Bonhomme, Cristina Coelho-Diogo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 09/10/2023
• 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 : Christophe Drouet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Marchat, Yannick Millot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Drouet, Franck Fayon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire

Matériaux

Tissu osseux

Hydroxyapatite

Biocéramiques

Mots clés libres

Hydroxyapatites

RMN du Solide

Carbonatées

Silicatées

Caractérisation Structurale

Ingénierie du tissus osseux

Hydroxyapatites

Solid-State NMR

Carbonated

Silicated

Structural Characterization

Bone Tissue Engeneering

Résumé

Les biocéramiques à base de phosphates de calcium, et plus particulièrement d'hydroxyapatite (HA, Ca10(PO4)6(OH)2) sont très largement plébiscitées pour les applications liées au comblement osseux. Ces biocéramiques macroporeuses ostéoconductrices offrent une fonction de support de la repousse osseuse, mais les volumes sont faibles et uniquement situés sur les berges du tissu hôte. Ces biocéramiques présentent également une capacité limitée à favoriser l’ostéogènèse et l’angiogenèse au cœur de l’implant et ne se dégradent pas selon une cinétique concomitante à celle de la formation des nouveaux tissus. Ces limites ont mis au jour la nécessité de développer une nouvelle génération de biomatériaux pour des applications cliniques de médecine régénérative, des biomatériaux n’ayant plus seulement la capacité d’accueillir la repousse osseuse mais devant la stimuler. Les hydroxyapatites carbo-silicatées dont les connaissances structurales sont très faibles voire quasi inexistantes sont de sérieux matériaux candidats pour cette nouvelle génération de biomatériaux. La double substitution en ion carbonate, favorise les propriétés de biodégradation et d’ostéoconduction, et en ion silicate, qui sous forme soluble favorise la formation osseuse, est source de modifications structurales pouvant mener à la modulation des propriétés biologiques de ces biomatériaux. La connaissance structurale de ces nouveaux matériaux est donc nécessaire avant de pouvoir les classifier comme futur candidats à des applications biomédicales. Le LCMCP possède depuis longtemps une compétence affirmée en ''cristallographie RMN'' afin de déterminer les propriétés structurales de matériaux à l'aide de techniques de caractérisation classiques et de la RMN en phase solide.

Bioceramics based on calcium phosphates, and more particularly hydroxyapatite (HA, Ca10(PO4)6(OH)2) are widely popular for applications linked to bone filling. These osteoconductive macroporous bioceramics provide a function of supporting bone regrowth, but the volumes are weak and only located on the edges of the host tissue. These bioceramics also have a limited capacity to promote osteogenesis and angiogenesis at the heart of the implant and do not degrade according to a kinetic concomitant with that of the formation of new tissues. These limits have revealed the need to develop a new generation of biomaterials for clinical applications of regenerative medicine, biomaterials no longer only having the capacity to accommodate bone regrowth but must stimulate it. Carbo-silicate hydroxyapatites for which structural knowledge is very weak or almost non-existent are serious candidate materials for this new generation of biomaterials. The double substitution in carbonate ion, promotes the properties of biodegradation and osteoconduction, and in silicate ion, which in soluble form promotes bone formation, is a source of structural modifications that can lead to the modulation of the biological properties of those biomaterials. Structural knowledge of these new materials is therefore necessary before being able to classify them as future candidates for applications. The LCMCP has long had proven expertise in ''NMR crystallography'' in order to determine the structural properties of materials using characterization techniques. conventional and solid-phase NMR.