Le Poly Vinyl Alcohol (PVA) a été associé aux verres élaborés dans un système quaternaire (BG) 46S6 par les procédés cités (fusion, sol-gel et sacffolds). Différents paramètres intervenant dans les synthèses des verres bioactifs ont été étudiés, nous citons à titre d’exemple : la température, le pH, la taille des particules, le rapport Polymère / verres, la microstructure, la porosité et la biodégradation. Les caractéristiques thermiques des verres élaborés ont été également déterminées après chaque synthèse par analyse thermique différentielle (DSC/TG, DTA/TG). Ainsi, la température de fusion, la température de transition vitreuse et la température de cristallisation ont été élucidées. Ces caractéristiques thermiques changent lorsque la composition chimique du verre est modifiée. A ce titre, les compositions chimiques ont été étudiées par Fluorescence (XRF) et Inductively Coupled Plasma-Opticale Emission Spectroscopy (ICP-OES) après chaque synthèse pour s’assurer de la pureté des verres bioactifs élaborés et destinés à des applications médicales. Plusieurs techniques physico chimiques d’analyses (DRX, MEB, MET, FT-IR, XRF, ICPOES) ont été mises en oeuvre pour déterminer les propriétés physico chimiques de nos verres bioactifs avant et après expérimentations « in vitro ». Le nano composite Polymère-Verres scaffolds que nous avons obtenu présente des particules de tailles comprises entre 40 et 61 nm et une porosité d’environ 85%. La biodégradation des verres scaffolds décroît lorsque la teneur en verre scaffolds dans le nano composite croît. Les expérimentations « in vitro » montrent qu’après immersion de ces nano composites dans un liquide physiologique synthétique (SBF), une couche d’apatite (phosphate de calcium) se forme à leur surface. L’épaisseur de la couche formée dépend clairement de la taille des particules et du rapport polymère / verre scaffolds. / The aim of the present work is the preparation of Bioactive Glass (BG) 46S6 by different techniques. Fabrication of composite scaffolds by using of Poly Vinyl Alcohol (PVA) and quaternary BG (two methods melting and sol-gel) with different ratios to the prepared scaffolds was carried out. Different factor affecting the final properties of the prepared composite scaffolds were investigated in this study, such as; temperature of treatment, BG particle size, polymer/glass ratio, microstructure, porosity, biodegradation, bioactivity, and drug release. The thermal behavior of the prepared bioactive glass by sol-gel and melting techniques were identified using Differential Scanning Calorimetric/Thermo Gravimetric (DSC/TG) or Differential Thermal Analysis/Thermo Gravimetric (DTA /TG). The elemental composition of the prepared bioactive glasses was determined by X-rays Fluorescence (XRF) to confirm that the prepared bioactive glasses have the same elemental compositions and high purity for biomedical applications. The particle size of the prepared bioactive glass was determined by Transmission Electron Microscopic (TEM). Nano-bioactive glass could be obtained by modified sol-gel and the obtained particle size ranged between 40 to 61 nm. The prepared bioactive glass by both applied methods has the same amorphous phase and all identified groups as well as. The porous scaffold has 85% porosity with a slight decrease by increasing the glass contents. The degradation rate decreased by increasing of glass content in the prepared scaffolds. The bioactivity of the prepared composite scaffolds was evaluated by XRD, FTIR, SEM coupled with EDX and Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopic (ICP-OES). It has been observed that after soaking in Simulated Body Fluid (SBF), there was an apatite layer formed on the surface of the prepared samples with different thickness depending on the glass particle size and polymer/glass ratio.

La thérapie cellulaire se positionne comme une stratégie prometteuse pour inciter le cœur infarci à se régénérer. A cet effet, des études récentes placent des espoirs considérables dans l’utilisation des cellules souches embryonnaires et notre laboratoire a déjà démontré comment les différencier en progéniteurs cardiovasculaires, un type de précurseurs cellulaires qui ne peut aboutir qu’à la formation de cardiomyocytes, de cellules endothéliales ou de cellules de muscles lisses. Cet engagement précoce réduit leur capacité de prolifération anarchique et en même temps leur permet de rester suffisamment plastiques pour éventuellement s’intégrer plus facilement avec le tissue hôte. Cependant, les études précliniques et cliniques d’injection de ces cellules s’avérèrent décevantes. Malgré de légères améliorations de la fonction cardiaque, on observa une trop faible survie cellulaire ainsi qu’un taux de rétention des cellules dans le myocarde remarquablement bas. Afin d’étudier ce problème, mes travaux de thèse ont porté non seulement sur la conception de nouveaux biomatériaux pouvant servir de moyen de transport et d’intégration des cellules dans la zone infarcie, mais aussi sur la conception de biomatériaux permettant de contrôler précisément l’environnement cellulaire au cours du processus de différenciation de cellules souches pluripotentes humaines en cardiomyocytes. Grâce aux importantes interactions entre nos laboratoires de recherche fondamentale et de recherche clinique, nous avons tout d’abord développé de nouvelles techniques de fabrication et de caractérisation de patches de fibrine cellularisés qui sont récemment entrés dans un essai clinique de phase I. A partir de cette formulation clinique approuvée par les autorités de régulation, nous avons élaboré toute une gamme de matériaux composites uniquement à base de matières premières pertinentes dans ce cadre clinique, dans le but d’améliorer la maturation des progéniteurs cardiovasculaires une fois greffés sur le cœur défaillant. Dans cette optique, nous avons également développé un modèle in vitro permettant d’étudier précisément l’influence combinée de la rigidité du substrat et du confinement spatial sur la différenciation des cellules souches en cardiomyocytes. Grâce à des techniques de microfabrication sur substrat mou, il a été possible de positionner précisément les cellules souches pluripotentes dans des espaces restreints d’élasticité variable. Ainsi, nous avons pu observer que même en utilisant des protocoles chimiques éprouvés basés sur la modulation de cascades de signalisation impliquées dans le développement cardiaque, une très forte hétérogénéité pouvait apparaître en fonction de l’environnement physique des cellules. Nous avons ainsi pu extraire les caractéristiques principales permettant une différenciation cardiaque efficace, reproductible et standardisée et les avons appliquées à la fabrication d’une nouvelle génération de patches composés de matériaux cliniques et de couches multiples de bandes synchrones de cardiomyocytes. De fait, ces travaux ouvrent de nouvelles voies dans l’utilisation de biomatériaux pour la production industrielle de cardiomyocytes et pour la fabrication de patches cliniques, cellularisés ou non, dans le traitement de l’insuffisance cardiaque. / Cell therapy is a promising strategy to help regenerate the damaged heart. Recent studies have placed a lot of hopes in embryonic stem cells and our lab had previously found a way to differentiate them into cardiac progenitors, cells that can only differentiate into cardiomyocyte, endothelial cells or smooth muscle cells. This early commitment decreases their proliferative capabilities, yet maintains their plasticity for better integration inside the host tissue. However, clinical and pre-clinical injection studies did not really meet the expectations. Even though slight improvements in cardiac function were demonstrated, very low cell viability has been observed, as well as a very low retention of the cells inside the myocardium. To address this problem, my PhD projects not only focus on the design of new biomaterials to act as a vehicle for cell delivery and retention in the infarcted area, but also on the design of biomaterials that control the cellular environment during the differentiation of pluripotent stem cells into cardiomyocytes. Going back and forth between the labs and the clinics, we first developed new techniques for the fabrication and the characterization of a cell-laden fibrin patch that is now undergoing phase I clinical trial. From the approved clinical formulation, we then propose new blends of clinical materials that will eventually improve the maturation of the cardiac progenitors once grafted onto the failing heart. In this perspective, we developed an in vitro model to investigate the combined influence of matrix elasticity and topographical confinement on stem cell differentiation into cardiomyocytes. By using microfabrication techniques to pattern pluripotent stem cells on substrates of controlled stiffness, we demonstrate that even using a widely recognized chemical-based protocol to modulate signaling cascades during differentiation, much heterogeneity emerges depending on the cellular physical environment. We thus extracted the main features that led to controlled and reproducible cardiac differentiation and applied it to the fabrication of next generation of multi-layered anisotropic cardiac patches in compliances with clinical requirements. This work opens new routes to high-scale production of cardiomyocytes and the fabrication of cell-laden or cell-free clinical patches.

Ce travail a consisté à optimiser la synthèse de phosphates de calcium (CaP) déposés sur tissus de fibres de carbone (TFC) par procédé de sono-électrodéposition afin d’obtenir des revêtements uniformes. Les paramètres électrochimiques clés optimisés sont le type et la durée de polarisation cathodique ainsi que la température de l’électrolyte. Pour un potentiel constant de -1 V à 70 °C, un régime d’électrolyse contrôlé de l’eau conduit à la formation d’un revêtement plaquettaire d’hydroxyapatite déficitaire en calcium (CDA) carbonatée. Les plaquettes sont composées de particules lamellaires (de quelques dizaines à centaines de nm) constituées de CDA carbonatée de structure ordonnée au coeur et de structure désordonnée car hydratée en surface des particules, organisation typique des apatites biomimétiques. Le matériau hybride a été dopé en strontium, engendrant la formation de revêtements où les ions Ca²+ sont substitués par des ions Sr²+ de manière contrôlée, conférant au biomatériau de nouvelles propriétés en vue d’une application en régénération osseuse. Ce travail a aussi démontré la possibilité d’adsorber de façon sélective des principes actifs ciblés (tétracycline, naproxène, aspirine) dans chaque constituant du matériau hybride. Les courbes de désorption ont mis en évidence deux modes de libération selon le principe actif.Une évaluation biologique des différentes matériaux hybrides a été réalisée. L’étude in vitro a porté sur la viabilité et la prolifération d’ostéoblastes humains en surface des biomatériaux hybrides, démontrant leur biocompatibilité. L’intérêt d’un dopage (Sr²+, aspirine et naproxène) sur l’activité des ostéoblastes a été démontré. Une expérience pilote in vivo a été menée, consistant à créer un défaut osseux dans des fémurs de rats et à étudier l’influence du type de biomatériaux TFC/CaP sur les évolutions quantitative et qualitative de la régénération osseuse. / Optimization of the synthesis of calcium phosphates (CaP) on carbon fiber cloths (TFC) was performed in using sono-electrodeposition process in order to obtain uniform coatings. The electrochemical potential applied and the electrolyte temperature during the synthesis were determined as being key parameters. For a constant potential of -1 V at 70 ° C, a controlled water electrolysis regime results in the deposit of plate-like calcium-deficient apatite (CDA). This plate-like particles (from a few tens to hundreds of nm in length) consist in an ordered structure of carbonated CDA in their core and in a disordered structure in the hydrated surface, a typical organization of biomimetic apatites. The hybrid material was doped with strontium, resulting in a carbonated CDA coating where the Ca²+ ions are controllably substituted by Sr²+ ions, leading to new properties for a bone regeneration application. This work has also shown the possibility of selectively adsorb targeted active molecules (tetracycline, naproxen, aspirin) in each component of the hybrid material. The desorption curves revealed two modes of release depending on the active molecule.A biological evaluation of the different hybrid materials was carried out. The in vitro study investigated the viability and proliferation of human osteoblasts at the surface of hybrid materials, demonstrating their biocompatibility. The interest of a doping (Sr²+, aspirin and naproxen) on osteoblast activity was demonstrated. An in vivo pilot experiment was conducted, through the creation of a bone defect in rat thighbones to study the influence of TFC/CaP biomaterials on the quantitative and qualitative evolutions of bone regeneration.

Résumé soumis à confidentialité / Not available

Among the prosthetic and implant biomaterials in the oral cavity currently exciting tremendous interest, titanium and resin are the main components of implants and dentures respectively. From their introduction in the oral cavity, a highly complex heterogeneous biofilm coats these biomaterials. The present thesis analyzes the complex relationships that are formed between one single microorganism (Candida albicans), one defence system of the oral cavity (oral peroxidases) and the two aforementioned biomaterials (titanium and resin). These biomaterials are indeed in contact with peroxidases: myeloperoxidase from neutrophils and sialoperoxidase from salivary secretions. Oral peroxidases belong to the salivary non immune innate defence mechanisms that control the oral microbial flora. In the presence of hydrogen peroxide (H2O2), they catalyze in vivo the oxidation of thiocyanate (SCN-) into hypothiocyanite (OSCN-), in vitro the oxidation of iodide (I-) into hypoiodite (OI-). In the salivary compartment and in oral biofilms, H2O2 is mainly formed by bacteria. In our investigations, H2O2 was produced by an enzyme sequence glucose (G) / glucose-oxidase (GOD). The OSCN- and OI- are antibacterial, antiviral and antifungal oxidants. Few studies have considered their action on Candida biofilms.<p>Candida albicans is a commensal yeast of the oral cavity which can turn parasitic when the host immune defences are weakened. This fungus forms biofilms on biomaterials within the mouth, especially on dentures, the decontamination of these prostheses is therefore essential to avoid the risk of candidosis. (Candida et prothèses dentaires. Ahariz M. Loeb I. Courtois Ph. Rev. Stomatol. Chir. Maxillofac. 111: 74-78, 2010).<p>In vitro, our investigations aimed to analyze the relationships between peroxidase systems and Candida. The effect of peroxidase systems (G / GOD / KI or KSCN / peroxidase) on Candida suspensions, on biofilms already formed or in formation was evaluated with various inputs of hydrogen peroxide and was studied by incorporation of enzymatic sequences in the culture media used for Candida biofilms formation. The susceptibility of Candida albicans ATCC 10231 to OSCN- versus to OI-, produced by lactoperoxidase (LPO), was studied in three different experimental models: - in a liquid culture medium – on a solid medium (with agarose gel), - in a biofilm model developed in the context of this work. The latter consisted of titanium powder suspended in Sabouraud broth contaminated with Candida albicans. The growth of Candida in the supernatant (planktonic phase) was evaluated by turbidimetry and the biomass of yeasts adherent to biomaterials (attached phase) by the tetrazolium salt MTT method. Enzymatic studies have allowed the optimization of the concentrations and activities of peroxidase systems components and the illustration of the competition between thiocyanate and iodide for lactoperoxidase. Peroxidase systems G/GOD/I-/LPO and G/GOD/SCN-/LPO prevented or limited the growth of Candida in the planktonic and attached phases on titanium powder for at least 21 days. At a dose of GOD (0.2 U / ml), the system G/GOD/I-/LPO has limited the development of planktonic and attached phases for 4 days while the system G/ GOD/SCN-/LPO has shown an inhibitory effect only in the first 2 days of incubation. (Candida albicans susceptibility to lactoperoxidase-generated hypoiodite. Ahariz M. Courtois Ph. Clinical, cosmetic and investigational dentistry; 2: 69-78, 2010).<p>In other experiments, peroxidase was adsorbed on titanium sheets in order to modify their surface and give them the property of inhibiting biofilm formation of Candida after addition of the enzyme substrates. Enzymatic studies and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed the adsorption of lactoperoxidase to titanium. In vivo, peroxidases are adsorbed on titanium healing abutments. (Adsorption of peroxidase on titanium surfaces: A pilot study. Ahariz M. Mouhyi J. Louette P. Van Reck J. Malevez C. Courtois P. J. Biomed. Mater. Res. 52: 567-571, 2000).<p>The development of the Candida biofilm was followed on titanium (powder or sheets) as well as on resin. Planktonic and attached phases have been monitored for 21 days. The presence of an exopolysaccharide matrix secreted by the yeasts has been observed with light microscopy and confirmed with fluorescence using the calcofluor method. In a series of experiments on titanium and resin sheets, an attached phase was demonstrated by the same techniques. The efficiency of the peroxidase system using iodide as a substrate was demonstrated when the enzyme was in solution and when it was preadsorbed on titanium (Candida albicans biofilm on titanium: effect of peroxidase precoating. Ahariz M. Courtois Ph. Medical Devices: Evidence and Research; 3: 33-40, 2010).<p>The incorporation in oral gels of other molecules present in exocrine secretions is a research direction that was also discussed: the present studies have demonstrated the in vitro benefits of peroxidase systems (with thiocyanate, chloride or especially iodide as substrates) acting in synergy with colostrum, lactoferrin and lysozyme. But the formulation of specialities that contain these natural antimicrobials is difficult to transpose in vivo as the complexity of the oral environment is very large (Denture contamination by yeasts in the elderly. Vanden Abbeele A. de Meel H. Ahariz M. Perraudin J.-P. Beyer I. Courtois P. Gerodontology; 25: 222-228, 2008).<p>Investigations pursued in vivo in 155 patients allowed the determination of the wild strains of Candida sp present on the fitting surface of the removable dental appliance and on the corresponding palatal mucosa. The link between the presence of yeasts and a reduced salivary flow was confirmed. These wild strains were directly grown and identified on Petri dishes (ChromAgar™ medium) from the macroscopic morphology of colonies and from additional tests (germination test in human serum, formation of chlamydoconidies on RAT medium, API™ galleries identification system ). For a period of two weeks, 14 patients accepted the daily application of a gel on the fitting surface of their denture. It was a double-blind comparison of an active gel containing the thiocyanate - lysozyme - lactoferrin - colostrum complete system with a control gel inactivated by heating. Data analysis showed a reduction in the number of colonies on the palatal mucosa by Candida sp, but not on the denture itself. By contrast, decontamination ex vivo of dentures by immersion in a bath (at room temperature or 37° C) containing either G/GOD producing H2O2 or the complete peroxidase system G/GOD/KI/L producing OI- demonstrated the efficiency of hypoiodite.<p><p><p>Parmi les biomatériaux prothétiques et implantaires qui connaissent actuellement un essor considérable dans la sphère orale, le titane est le composant principal des implants et la résine celui des prothèses dentaires. Dès leur introduction dans la cavité orale, un biofilm hétérogène très complexe les recouvre. Cette thèse analyse la complexité des relations qui se nouent entre un seul micro-organisme (Candida albicans), un système de défense de la cavité orale (les peroxydases orales) et les 2 biomatériaux précités (titane, résine). Ces biomatériaux sont en effet, dans le milieu oral, au contact de peroxydases: la myéloperoxydase des neutrophiles et la sialoperoxydase des sécrétions salivaires. Les peroxydases orales appartiennent aux mécanismes salivaires de défense innée non immunitaires qui contrôlent la flore microbienne orale. En présence de peroxyde d’hydrogène (H2O2), elles catalysent in vivo l’oxydation du thiocyanate (SCN-) en hypothiocyanite (OSCN-) et in vitro l’oxydation d’iodure (I-) en hypoiodite (OI-). Dans le compartiment salivaire et dans les biofilms oraux, l’H2O2 provient essentiellement des bactéries. Dans nos investigations, l’H2O2 était produit par une séquence enzymatique glucose (G) / glucose-oxydase (GOD). L’OSCN- et l’OI- sont des oxydants antibactériens, antiviraux et antifongiques. Peu d’études envisagent leur action sur les biofilms à Candida.<p>\ / Doctorat en Sciences dentaires / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les assemblages colloïdaux représentent une nouvelle piste très prometteuse dans le domaine de l'ingénierie tissulaire. Idéalement, ce type d'assemblage permet l'obtention de matériaux injectables et gélifiants sur le site lésionnel, favorisant par la suite le développement de néo-tissus viables. Ce travail porte sur la formation de tels assemblages à base de chitosane et de poly(acide lactique) (PLA). Deux types d'assemblages ont été conçus et étudiés dans ce travail. Dans une première approche, le mélange de particules anioniques de poly (acide lactique) (PLA) avec du chitosane en solution faiblement acide conduit à la formation de « gels composites », résultant des interactions colloïde-polymère. Des analyses rhéologiques et de diffusion des rayons X aux petits angles ont permit de mettre en évidence le mode de formation et l'influence de plusieurs paramètres sur les propriétés finales de ces gels. Notamment, ils présentent des propriétés rhéofluidifiantes et un caractère réversible, c'est-à-dire que le gel peut se reformer après déstructuration mécanique. Le second type d'assemblage résulte du mélange de particules anioniques de PLA et de nanogels cationiques de chitosane, conduisant à la formation de « gels colloïdaux », par interactions colloïde-colloïde. L'influence de plusieurs facteurs sur la formation et les propriétés de ces gels a également été étudiée par mesures rhéologiques. Notre étude s'est notamment orientée sur la caractérisation et la stabilité des hydrogels physiques de chitosane sous forme colloïdale, ainsi que sur l'optimisation de leur cohésion / Colloidal assemblies may be a promising pathway to obtain injectable scaffolds favoring the development of neo-tissue in regenerative medicine. This work investigates the formation of such assemblies composed of chitosan, soluble or in suspension (nano-hydrogel), and poly(lactic acid) (PLA) nanoparticles. Two types of assemblies are studied. As a first approach, mixing negatively charged PLA particles and chitosan solution leads to the formation of “composite gels”, based on colloidpolymer interactions. Rheological and Small Angle X-Ray Scattering measurements highlighted the formation process and the influence of various parameters on final properties of these gels, which features shear-thinning and reversibility behavior, that is, the capacity to gel again after yielding. PLA nanoparticles could also be mixed with cationic chitosan nanoparticles, which are crosslinker free nano-hydrogels, leading to the formation of “colloidal gels”, based on colloid-colloid interactions. Influence of various parameters on gel synthesis and properties are investigated through rheological measurements. The study also focuses on the characterization and control of the morphological and cohesion properties of chitosan nanogel

Le but de notre étude visait à déterminer si les matrices ECM (extracellular matrix) préparés à partir d'un modèle vertébré (Axolotl) capables de régénérer ses tissus suite à une blessure sont plus efficaces pour stimuler les réponses régénératives chez les animaux non régénérant (par exemple les mammifères). Nous avons testé la capacité de matrice ECM axolotl à améliorer la guérison des plaies cutanées dans des souris et nous les avons comparés à une matrice disponible commercialement (échafaudage Symbios PerioDerm) pour leur efficacité à favoriser la guérison des plaies. Des lésions d'excision ont été créées sur le dos de souris et les animaux ont été regroupés dans différents groupes; a-) ECM de peau axolotl décellularisée (groupe Axolotl), b-) matrice de derme acellulaire Symbios Perioderm (groupe PerioDerm), c-) grillage en titane (groupe témoin); respectivement. Les tissus des plaies ont été récoltés à des moments précis : 7 jours et 30 jours après la blessure pour évaluer la guérison des plaies. La guérison des blessures ayant reçu les différentes matrices a été comparées entre elles en utilisant le test de transillumination et des analyses histologiques. Les résultats indiquent que la ECM de peau d’axolotl décellularisée est bien tolérée par les souris, car aucun rejet n'a été observé. Le groupe qui a reçu l'ECM de la peau axolotl décellularisé a démontré une réépithélialisation, une densité cellulaire, une teneur en collagène (avec une organisation similaire à un tissu intact) et une vascularisation (angiogenèse) élevées par rapport aux groupes PerioDerm et témoins. La présence de follicules pileux était également observé dans le groupe axolotl (qui n'est pas présent dans PerioDerm et groupes de contrôle). Sur la base de nos résultats, l'hypothèse de base semble être correcte en ce qu'une matrice ECM provenant d'un régénérateur puissant semble favoriser la guérison plus efficacement chez les animaux normalement non régénérants. Cependant, des recherches supplémentaires devront être menées pour confirmer ces résultats. / The aim of our study sought to determine whether ECM scaffolds prepared from a vertebrate model (Axolotl) capable of regenerating tissues following injury are more effective at stimulating regenerative responses in non-regenerating animals (e.g., mammals). We tested the ability of axolotl decellularized ECM scaffolds to improve skin wound healing in mammalian models and compare the axolotl skin ECM scaffold to a commercially available one (Symbios PerioDerm scaffold) for efficiency in promoting wound healing. Excisional lesions were created on the back of mice, and animals in different groups were treated by; a-) decellularized axolotl skin ECM (Axolotl group), b-) Symbios Perioderm acellular dermis scaffold (PerioDerm group), d-) Titanized mesh only (Control group); respectively. Wound tissues were harvested at time points: 7- and 30-days post-wounding to assess the scaffolds impact on wound healing. Wound healing was compared between the Axolotl, PerioDerm and Control groups using transillumination test and histological analyses, Results indicate that the decellularized axolotl skin ECM is well tolerated by mammalian models, as no immune rejection was observed. The axolotl group that received the decellularized Axolotl Skin ECM demonstrated high reepithelialization, cellular density, collagen content (in a porous pattern similar to intact skin), vascularization (angiogenesis) compared to PerioDerm and control groups. The presence of hair follicles was also observed in the axolotl group (which is not present in PerioDerm and control groups). Based on our results, the basic hypothesis appears to be correct in that an ECM scaffold from a strong regenerator seems to promote healing more efficiently in non-regenerating animals. However, further research should be conducted to confirm these findings.

Le travail présenté dans ce manuscrit concerne la fabrication de biomatériaux poreux à base d’acide polylactique pour les tissus conjonctifs et calcifiés en utilisant des procédés de chimie verte. Le but de cette thèse est de corréler l’influence de certains paramètres de procédés à la structure morphologique et les propriétés des mousses générées. Nous avons étudié, d’un côté, les effets de mélange d’acide hyaluronique et d’acides polylactiques afin d’améliorer les propriétés d’adhésion de ces biomatériaux. Nos résultats montrent bien une augmentation de l’énergie d’adhésion mais aussi une diminution de la taille équivalente des pores et de la porosité des biomatériaux poreux après moussage par les fluides supercritiques. D’un autre côté, nous avons étudié les effets de mélanges des triphosphates de calcium et d’acides polylactiques en tant que substitut osseux. L’influence d’un ajout de cires en tant qu’agent porogène a été discutée et les méthodes de préparation des pastilles (voie sèche ou humide) ont été analysées. Dans cette optique la fabrication semi-industrielle de biomatériaux poreux a été testée en fixant les paramètres du procédé de moussage par le CO2 supercritique (pression, température et temps de saturation, vitesse de dépressurisation) et nous avons contrôlé les mousses de formulations optimisées en termes de porosité et de distribution des pores. En conclusion, ce travail rend possible d’adapter les paramètres des procédés de CO2 supercritique et de co-broyage aux propriétés des biomatériaux poreux. En perspective, cette ouvre la voie à de nouvelles recherches à la fois dans les domaines des modèles 3D tumoraux et d’ingénierie tissulaire. / The work presented in this manuscript concerns the production of scaffolds based polylactides for connective tissues and bone regeneration by adapting green technology. The aim of this thesis was to correlate the influence of different process parameters on the morphological structures and properties of the scaffold generated. On one hand, we studied effect of the blending of hyaluronic acid and polylactides to enhance the surface adhesion properties of scaffolds. Our results relate to an increase in surface properties but a decrease of equivalent pore size and porosity after foaming scaffolds by supercritical process. Calcium Tri-Phosphate On other hand, we studied the effect of the blending of calcium tri-phosphates and polylactides as bone substitute. Influence of adding wax as porogen agent has been discussed and a comparison between wet and dry methods to generate scaffolds has been analyzed. For this purpose, semi-industrial fabrication of porous biomaterials has been tested by blocking supercritical CO2 parameters (saturation pressure, temperature and time, depressurization rate) and you have control the optimized formulation composite scaffold, in term of porosity and distribution of pores. In conclusion, this work made it possible to adapt the process parameters of supercritical CO2 and co-grinding at the properties of scaffolds. In perspective, this research opens new development ways in scaffolds, in both domains of 3D tumoral model and tissue engineering.

Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement de matériaux composites nanostructurés à propriétés électriques et magnétiques inédites. Afin de répondre à des besoins technologiques pour, l'électronique de puissance intégrée : le stockage ou la transmission de l'énergie, les télécommunications (antenne intégrée...), le stockage de l'information par enregistrement magnétique et le marquage biologique, le composite doit présenter globalement une polarisation magnétique élevée ainsi qu'un comportement isolant permettant de pousser les limites fréquentielles, minimiser les pertes dynamiques et découpler les grains entre eux. Les matériaux composites élaborés sont constitués d'une matrice d'accueil - magnétique (ferrite spinelle) ou non-magnétique (diélectrique = silice) - dans laquelle sont dispersées des particules métalliques (Fer-Nickel ou Cobalt). Ces matériaux sont novateurs dans la mesure où le matériau final peut bénéficier d'un couplage des propriétés magnétiques des deux phases constitutives. L'holographie électronique en transmission a mis en évidence une ocnfiguration de spins de type « vortex » dans les nanoparticules de Fe30Ni70. Les mesures holographiques ont été comparées au profil de l'aimantation, dans un vortex, modélisé par une approche micromagnétique. Des analyses physico-chimiques approfondies nous ont permis de confirmer les topologies visées : pour le composite métal-diélectrique, l'épaisseur de la couche d'enrobage a pu être contrôlée à l'échelle nanonométrique. Pour le composite métal-oxyde obtenu par croissance directe du ferrite sur la phase métallique, on a démontré une bonne dispersion des particules métalliques. Les propriétés magnétiques et structurales des différents composites, en poudre ou compactés par SPS (compactage-frittage flash), ont été caractérisées et discutées. Les propriétés fonctionnelles ont été aussi étudiées et sont très prometteuses pour les applications visées. L'enrobage des nanoparticules par la silice a permis la préparation de leur surface dans la perspective d'une fonctionnalisation par des entités biologiques.

Dans le domaine de la chirurgie orthopédique ou maxillo-faciale, les praticiens sont confrontés à des pertes de substance osseuse qui nécessitent l'utilisation de matériaux de comblement (ou de substitution). L'utilisation de biomatériaux synthétiques (dont la disponibilité est très importante) permet de limiter les réponses immunitaires. Dans ce travail nous nous intéressons à deux matériaux : les géopolymères et le carbonate de calcium synthétique sous forme d'aragonite pure. Dans le domaine des biomatériaux de comblement, l'optimisation du compromis entre le pourcentage de porosité et les propriétés mécaniques (voisines de celles de l'os spongieux) favorise l'ostéointégration et la tenue des implants. Cette observation nous a conduit à étudier des aluminosilicates de la famille des géopolymères définis par un rapport molaire Si/ Al = 21. Les aluminosilicates synthétisés ont été associés à des phosphates de calcium : hydroxyapatite (HA), phosphate tri-calcique (TCP) et biphasique. Après traitement thermique à 500°C, les géopolymères présentent des valeurs de pH voisines de 7 ainsi qu'un bon compromis porosité/ contrainte à la rupture (en compression). Pour le CaCO3, notre laboratoire de recherches a mis au point la synthèse du carbonate de calcium sous forme d'aragonite pure. Ces matériaux ont fait l'objet d'études in vitro et in vivo afin d'évaluer leur potentiel pour une utilisation comme biomatériaux. Les cinétiques de minéralisation des implants géopolymères et du biomatériau CaCO3 ont été étudiées par PIXE (Proton Induced X-Ray Emission) et par NAA (Neutron Activation Analysis). Les résultats obtenus pour le CaCO3 par ces deux méthodes montrent un comportement in vivo similaire à celui d'un TCP utilisé comme référence (travail réalisé avec l'aide de l'ANVAR Bretagne). Les premières études in vivo réalisées sur les géopolymères ont montré que ces derniers sont ostéointégrés. Dès le délai de 1 mois, les porosités externes des implants sont colonisées par de l'os néoformé. La cicatrisation en surface des matériaux est totale à 3 mois. Les analyses par PIXE des implants confirment la consolidation de l'interface dès le délai de 1 mois.