Lorsque les verres bioactifs entrent en contact avec des tissus vivants, une série de réactions physico-chimiques (dissolution, précipitation...) ont lieu à l'interface matériau / os, et conduisent à la formation d'une couche phosphocalcique, dont la composition est proche de la phase minérale de l'os (hydroxyapatite). La couche d'apatite sert de site de minéralisation pour les cellules osseuses, ce qui permet in fine un lien intime entre le verre bioactif et les tissus osseux. Ce lien est caractéristique de la bioactivité, qui peut être modulée via plusieurs paramètres du verre comme la composition en éléments majeurs et traces ou les propriétés texturales (surface spécifique, porosité).Dans ce contexte, nous avons élaboré des verres bioactifs dans des systèmes binaires (SiO2-CaO) et ternaires (SiO2-CaO-P2O5). Ces verres ont été dopés en ions zinc et magnésium via la voie sol-gel. Grâce à l'emploi de tensioactifs, nous avons obtenu des verres mésostructurés. Enfin, en utilisant des méthodes dites " d'opale inverse ", des verres à macroporosité organisée ont été synthétisés. L'influence de ces paramètres sur la réactivité des verres au contact d'un milieu biologique (DMEM) a principalement été étudiée par des techniques utilisant des microfaisceaux d'ions. L'émission X induite par particules chargées (PIXE) combinée à la spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford (RBS) a en effet démontré des effets évidents sur la cinétique, l'amplitude et la distribution spatiale des réactions physico-chimiques.

L'ingénierie tissulaire est une discipline récente aux enjeux ambitieux et prometteurs : la régénération de tissus ou d'organes lésés voire détruits en mettant à profit des connaissances et compétences dans différents domaines à l'interface de la chimie et de la biologie. Pour répondre à la demande d'alternatives aux techniques chirurgicales actuelles de réparation du ligament antérieur croisé, nous avons décidé d'appliquer l'ingénierie tissulaire à ce tissu en associant matrices en polymères dégradables et cellules souches mésenchymateuses (CSM). Dans un premier temps, nous avons donc travaillé à la synthèse de polymères adaptés à l'application en cherchant à mettre l'accent sur l'obtention de propriétés élastiques. De nouveaux élastomères dégradables obtenus par des approches originales de photoréticulation chimique de poly(lactide) (PLA) et de poly(ε-caprolactone) (PCL) par voie nitrène ou thiol-yne ont notamment été développés avec des résultats prometteurs. En parallèle, des copolymères thermoplastiques multiblocs à base de PLA et poloxamine ou poloxamère nous ont permis de mener une étude plus appliquée. Ces copolymères ont en effet montré, en particulier au cours d'une étude de dégradation in vitro de 7 semaines, des propriétés, notamment thermiques et mécaniques, qui en font d'eux des candidats intéressants pour le conception d'une matrice ligamentaire. C'est pourquoi ils ont été utilisés pour la conception de prototypes de matrices de régénération textiles dont les propriétés mécaniques se sont révélées être très proches de celles du ligament. Après avoir démontré l'excellente cytocompatibilité de ces matrices avec des CSM, nous avons finalement mené des expériences de différenciation in vitro de ces CSM et sommes parvenus à favoriser leur orientation vers un phénotype ligamentocytaire, notamment grâce à un procédé de stimulation mécanique cyclique des cellules ensemencées sur les matrices textiles.

Il n'existe actuellement aucun traitement efficace pour les patients présentant une blessure au niveau de la moelle épinière. Ce triste constat est, en partie, dû à la présente d'une cicatrice empêchant la repousse des tissus. Dans ce contexte, des biomatériaux (composés non-toxiques) pourraient être implantés afin de réduire la cicatrice en formation et de fournir un support de repousse aux fibres nerveuses. Parmi ces biomatériaux, certains semblent induire de nombreuses améliorations chez le rat. Nous avons renforcé ces résultats, à l'aide de techniques électrophysiologiques. De plus, nous avons développé un nouveau matériau dégradable afin de limiter toutes réactions délétères à long terme. Après avoir synthétisé notre matériau, combinant les qualités de dégradabilité de l'acide poly(lactique) et les propriétés mécaniques du poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle), nous avons évalué ses différentes caractéristiques et ses effets thérapeutiques. Les résultats obtenus sont encourageants. Il serait maintenant intéressant de coupler notre biomatériau à des molécules bioactives ou à des cellules. / Currently, there is no treatment for patients with spinal cord injury. This pessimistic statement is, in part, due to the presence of a scar that prevents tissue regrowth. In this context, biomaterials (non-toxic compounds) could be implanted in order both to reduce the scar formation and to provide a growth support for nervous fibers. Among those biomaterials, many seem to induce numerous benefic effects in the rat model. We confirmed these data by the use of electrophysiological techniques. In addition, we developed a new degradable material so as to limit any long term deleterious reactions. After having synthesized our material, combining the degradable quality of the poly(lactic acid) and the mechanical properties of the poly(hydroxyethyl methacrylate), we analyzed its different characteristics and its therapeutic effects. The obtained results are encouraging. Now, it would be interesting to couple bioactive molecules or cells with our biomaterial scaffold.

L'arthroplastie totale du genou (ATG) est le traitement de référence de l’ostéoarthrose sévère du genou. Cette procédure nécessite une chirurgie lourde qui induit de nombreux déficits qui persistent pendant plusieurs années. Par ailleurs, les prothèses ont une durée de vie limitée de par les contraintes chimiques et mécaniques se produisant dans l'environnement biologique. Nous avons testé en condition in vivo la biocompatibilité de quatre biomatériaux orthopédiques sous l’effet de l’application de neuro-myélectrostimulation et/ou d’une alimentation enrichie en sel. Nos résultats démontrent que ces deux éléments pourraient avoir un effet délétère pour l'ostéointégration, l'intégrité des implants et la viabilité des cellules musculaires environnantes. Une prothèse adaptée au genou du rat à été conçue afin d’étudier l’effet de l’ATG sur la récupération fonctionnelle et sur les mécanismes nerveux sous-jacents. Nos résultats démontrent que la gonarthrose n'engendre pas de déficits fonctionnels sévères. En revanche, le réflexe H est inhibé et les afférences musculaires de type III et IV sont désensibilisées. Les animaux ayant subi une ATG ont révélé des déficits fonctionnels importants qui tendait à récupérés avec le temps, mais aucune altération de la réponse des fibres afférentes III et IV n'a été observée et le réflexe H est maintenu. Ces résultats soulignent l'adaptation à la prothèse et la présence d'un phénomène de récupération et non d’une compensation. Grâce à notre approche expérimentale innovante, il est maintenant possible de tester in vivo, la biocompatibilité de nouveaux biomatériaux et/ou de nouveaux traitements qui n'ont pas encore d'application clinique. / Total knee arthroplasty (TKA) is the reference treatment for severe osteoarthritis of the knee. This procedure requires heavy surgery which induce many deficits that persist for several years. Moreover, the prostheses have a limited lifetime due to chemical and mechanical stresses occurring in the biological environment. We tested in vivo the effect of the application of neuro-myelectrostimulation and/or high-salt diet on the biocompatibility of four orthopedic biomaterials. Our results show that these two elements could have a deleterious effect on the osseointegration, the integrity of the implants and the viability of the surrounding muscle cells. A prosthesis adapted to knee rat was designed to evaluated the ATG on the functional recovery and on the underlying nervous mechanisms. Our results show that knee osteoarthritis does not cause severe functional deficits. However, H-reflex is inhibited and III and IV afferences are desensitized. Animals with TKA revealed significant functional deficits that tend to recover over time but no impairment of the response of the afferent fibers III and IV was observed and the H reflex was maintained. These results emphasize the adaptation to the prosthesis and the presence of a phenomenon of recovery and not of compensation. Thanks to our innovative experimental approach, it is now possible to test in vivo the biocompatibility of new biomaterials and / or new treatments that have not yet been applied clinically.

Parmi les bio-polymères issus des ressources renouvelables, les polysaccharides fournissent une alternative intéressante aux polymères de synthèse. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse est basé sur la conception des copolymères amphiphiles pour la préparation de nouveaux biomatériaux. Ainsi, l’hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) a été étudiée en raison de ses propriétés remarquables, dont la biocompatibilité, la biodégradabilité, la rétention d'eau et la gélification thermoréversible. Ces propriétés sont utiles pour de nombreuses applications telles que le relargage de médicament, la préparation des membranes et la formation de biomatériaux. L'hydrolyse enzymatique avec des endo cellulases issues de Trichoderma reesei a été étudiée pour produire des fragments d'HPMC ayant une masse molaire (Mw) entre 6000 et 30000 g mol-1. Les paramètres de l’activité enzymatique ont été étudiés en fonction de : la nature de substrat, le temps de réaction et la concentration de l'enzyme. Les polymères obtenus ont été comparés à ceux produits par hydrolyse acide. Il a été constaté que la structure des polymères issus d’un procédé d’hydrolyse, varie en termes de degré de substitution pour un même Mw. Cet effet donne lieu à différentes propriétés de gélification thermoréversible. Des copolymères amphiphiles tels que HPMC-b-poly (propylène glycol) et HPMC-b-PLA ont été préparés par amination réductrice et par couplage click thiol-ene, respectivement. Les propriétés d’agrégation ont été caractérisées par la diffusion de la lumière (DLS), le microscope électronique en transmission (TEM) et par la séparation de phase obtenue par la mesure du point de trouble. / Following the concept of bio-refinery, we propose to produce small fragments of biopolymers that can be used further as building blocks to prepare novel polymeric architectures. In the case of polysaccharides, enzymatic hydrolysis enables to form reducing end groups after each cleavage on the polymer chain. Reaction by reductive amination affords the possibility to introduce polysaccharides fragments in a large variety of materials going from amphiphilic copolymers to more sophisticated devices. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) was used in this work because of its remarkable properties including biocompatibility, biodegradability, water retention and thermoreversible gelation beneficial for many applications such as drug delivery, film and biomaterial formation. Enzymatic hydrolysis using endo cellulases from Trichoderma reesei was investigated to produce a library of HPMC fragments with molecular weight (Mw) from 6000 to 30000 g mol-1. Mw control was carried out by varying the procedure conditions including the nature of starting HPMC, reaction time and enzyme concentration. The obtained polymers were compared to those produced by acidic hydrolysis.According to the preparation conditions, the structure of short chain polymers regarding substitution degrees varied for the same Mw giving rise to different clouding temperature and thermoreversible gelation properties. Amphiphilic block copolymers HPMC-b-poly(propylene glycol) and HPMC-b-PLA were prepared by reductive amination and by the thiol-ene click reaction, respectively. Self-assembly properties of these novel block copolymer were characterized by dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscope (TEM), and clouding point temperature.

Le tissu osseux a la capacité de se régénérer suite à une fracture. Cependant, des consolidations incomplètes concernent aujourd’hui environ un million de personnes par an. L’approche d’ingénierie tissulaire associant des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) à des biomatériaux émerge comme une stratégie prometteuse pour réparer ces défauts. Par ailleurs, l’efficacité de la régénération osseuse semble varier en fonction du donneur mais aussi du support associé. L’objectif de mon travail de thèse a été de comprendre les mécanismes à l’origine de ces variabilités. Pour cela, nous nous sommes intéressés à deux mécanismes : (i) l’impact des biomatériaux sur le devenir et les fonctions des CSM et (ii) l’impact de l’hétérogénéité inter-donneur des CSM sur les mécanismes moléculaires in vitro et in vivo, à l’origine des différences du potentiel ostéoformateur de ces cellules.Dans un premier temps, deux types de biomatériaux largement utilisés en clinique ont été comparés dans un modèle murin de greffe ectopique : une céramique biphasique d’hydroxyapatite/béta-tricalcium-phosphate (HA/bTCP) et une matrice osseuse humaine gamma-irradiée (Tutoplast® process Bone [TPB]). Nos résultats ont montré une meilleure formation osseuse lorsque les CSM sont combinées au TPB par rapport au HA/bTCP. Ceci est associé à une meilleure adhésion des CSM in vitro et in vivo ainsi qu’à une différentiation ostéoblastique supérieure sur le TPB. La contribution directe des CSM à former l’os est associée à un effet paracrine sur la chémoattraction et/ou la différentiation ostéogénique des cellules de l’hôte. Cet effet est indépendant des chimiokines PDGF et SDF-1 mais semble être régulé par la voie d’IGF-1. Un autre effet paracrine des CSM est observé sur l’activité ostéoclastique, qui est plus importante sur la céramique HA/bTCP et qui semble être régulée par le facteur RANKL. L’augmentation de l’activité ostéoclastique pourrait être à l’origine d’un déséquilibre de la balance résorption/formation osseuse sur le HA/bTCP.Ainsi, nos résultats montrent que le support impacte la persistance des CSM au niveau du site de la greffe ainsi que leur rôles directs et paracrines, l’ensemble étant à l’origine d’une variabilité de la formation osseuse.Cette formation osseuse a été observée avec seulement 70% des donneurs de CSM. Nous avons donc décidé dans la deuxième partie de ce projet d’évaluer les différences entre ces deux groupes de donneurs. In vitro aucune différence de prolifération, de différentiation ou de phénotypie des CSM n’a été observée. De plus, les analyses transcriptomique et sécrétomique réalisées in vitro n’ont montré aucune variabilité entre les deux groupes. In vivo, la persistance des CSM sur le site de la greffe est donneur dépendante et n’est pas liée à un défaut de vascularisation ou à une mort cellulaire par apoptose augmentée. Par ailleurs, nos résultats soutiennent l’existence d’une corrélation entre la formation osseuse et la capacité des CSM greffées à adhérer au support, survivre ainsi qu’à participer à la formation osseuse via une action directe et un effet paracrine.En conclusion, ce travail montre que l’efficacité de la formation osseuse dépend du devenir et des fonctions des CSM greffées. L’origine (donneur) ainsi que le microenvironnement (support associé) impactent l’adhésion, la survie et les mécanismes d’action de ces cellules au cours de la régénération osseuse. De plus, nous avons constaté que le potentiel ostéogénique des CSM est dû à leur participation directe à former l’os qui est synergique à un effet paracrine de chémoattraction et/ou de différentiation ostéogénique des cellules de l’hôte. / Despite bone capacity to regenerate after injury, incomplete consolidation concerns 1 million persons per year. Bone tissue engineering involving human bone marrow mesenchymal stromal cells (hBMSCs) loaded on biomaterials emerges as a new strategy to repair large bone defects. Nevertheless, efficacy of bone regeneration seems variable depending on the donor as well as on the associated scaffold. The aim of my PhD work was to understand mechanisms responsible for these variabilities. To this end, we focused on two objectives: (i) the impact of biomaterials on hBMSCs behavior and (ii) the impact of hBMSCs heterogeneities on molecular mechanisms in vitro and in vivo, resulting in variable bone-forming potential of these cells.First, two scaffolds widely used clinically were compared in an ectopic mouse model: the synthetic hydroxyapatite/beta-tricalcium-phosphate bioceramic (HA/βTCP) and the gamma-irradiated-processed human bone allograft (Tutoplast® Process Bone [TPB]). Our results showed that bone formation is higher when hBMSCs are loaded on TPB compared to HA/bTCP. This was correlated to a better hBMSCs adhesion in vitro as well as in vivo and to their higher osteoblastic differentiation on TPB. The direct participation of hBMSCs to form bone was associated to a paracrine effect of hBMSCs by inducing host cell chemoattraction and/or osteogenic differentiation, mediated probably by the IGF-1 pathway but independently from PDGF or SDF-1. Another paracrine effect was also observed on osteoclastic activity which was more important on HA/bTCP and could be RANKL dependent. This may impact the bone resorption/formation balance. Taken together, our results show that the associated scaffold impact MSCs persistence on the graft site, as well as their direct and paracrine effects leading to a variability in new bone amount.As bone formation was observed with only 70% of our donors, we then evaluated differences between the two groups. In vitro, no differences in cell proliferation, differentiation or phenotype were detected. Furthermore, transcriptomic and secretomic analysis in vitro did not identify any variability. The assessment of cell behavior in vivo showed that persistence of grafted cells was donor dependent and was not linked to a vascularization failure or a higher apoptosis. However, our results highlighted a correlation between bone formation and the ability of hBMSCs to attach and survive on the biomaterial as well as to contribute to bone formation by direct and paracrine effects.In conclusion, this work show that the efficacy of bone formation depend on the behavior of grafted hBMSCs. The origin (donor) and the microenvironment (associated scaffold) will impact their adhesion, survival and mechanisms of action during bone regeneration. Moreover, we identified that the osteogenic potential of hBMSCs act through a direct contribution that is synergic to a paracrine effect for host cell chemoattraction and differentiation.

Un patient peut souffrir d’une perte de substance osseuse de taille critique suite à des accidents ou des pathologies. Aujourd’hui, le traitement le plus fréquent consiste en la greffe du tissu osseux (autogreffe ou allogreffe). Compte tenu des complication rencontrées (réponse immunologique, morbidité du site donneur), la recherche actuelle s’inscrit dans la recherche de synthèse d’un biomatériau bioactif favorisant la régénération osseuse. Ces matériaux devraient imiter les qualités de la matrice extracellulaire osseuse pour stimuler la formation osseuse.Les cellules souches mésenchymateuses jouent un rôle important du fait de leur capacité de prolifération et différentiation en ostéoblastes. Pour profiter de ce potentiel des cellules souches, il est nécessaire de comprendre comment contrôler leur comportement et mesurer l’impact du microenvironnement cellulaire sur la différenciation ostéogénique de ces cellules. Comme les cellules souches mésenchymateuses sont capables de différencier en plusieurs phénotypes différents, il est indispensable de les diriger dans la direction désirée. Plusieurs facteurs qui influencent le devenir cellulaire ont été identifiés, comme certains peptides bioactifs, des facteurs mécaniques comme la rigidité, ou la topographie de surface de matériaux.Dans la matrice extracellulaire naturelle du tissu osseux, les cellules souches mésenchymateuses sont entourées d’une variété de principes actifs, dont le plus abondant est le collagène I. Cette protéine s’assemble pour former des nanofibres qui présentent une nanomorphologie périodique avec une périodicité bien définie. La question posée au début de ce travail était: Cette structure a-t-elle un impact sur la différenciation des cellules souches?Pour étudier l’impact de la périodicité nanofibrillaire, nous proposons dans ce travail de recherche l’utilisation d’hélices modèles qui miment en partie la morphologie du collagène. Les hélices nanométriques auto-assemblées des surfactants gemini peuvent avoir un pas d’hélice et un diamètre similaires à ceux du collagène. La modulabilité de ces paramètres et la possibilité de modifier ces structures par des molécules bioactives permettent de moduler les caractéristiques des nanoobjets et d’étudier l’impact de ces nanomatériaux sur les cellules souches mésenchymateuses. / Tissue engineering is a field related to regenerative medicine which aims at replacing or regenerating a patient’s tissue, usually using a combination of cells and bioactive material designed to influence cell behaviour. In approaches for bone regeneration, human mesenchymal stem cells (hMSCs) are a common choice because of their ability to proliferate and differentiate into osteoblasts. Harnessing this potential requires biomaterials which promote osteoblastic differentiation, for example by mimicking the conditions in natural bone. Collagen I is a common protein in human bone; it forms fibrils with a characteristic periodic structure, which raises the question whether this morphology has in impact on stem cell fate. Collagen-mimicking nanomaterials can help investigate this question: Gemini surfactants with chiral counterions form twisted bilayers the morphology of which can be tuned by variation of enantiomeric excess, time and temperature. The self-assembled helical nanoribbons which are obtained by this process can be transformed by a sol-gel condensation to form silica nanohelices the size and twist pitch of which resembles that of collagen fibres. The objective of this study is to prepare 2D culture environments featuring these nanomaterals (with and without bioactive peptide functionalisation) to explore the effect of these materials on hMSC differentiation.Silica helices are fabricated by synthesis of surfactants with tartrate as counterion, and organic-inorganic transcription using a silica precursor compound. They can be modified by reaction with APTES and an N-hydroxysuccinimide ester and covalent immobilisation of a peptide. Two peptides were used in this study, one adhesion-promoting peptide and the active domain of the osteogenesis-inducing peptide BMP2. Helices with or without this bioactive functionalisation were covalently grafted to glass substrates using APTES and EDC/NHS-coupling. The presence of peptides on helices was shown by the absorption of helix-grafted peptides bearing the FITC-fluorophore. Successful peptide grafting onto glass surfaces was verified by XPS and fluorescence microscopy. The morphology of helices was monitored with TEM and SEM. SEM images were used to determine the amount of helices on surfaces. HMSCs were cultivated for four weeks on surfaces modified with APTES, peptide(s) or left- or righthanded nanohelices, functionalised or not with bioactive peptide(s). After fixation, the quantities of the osteogenic markers Runx2 and Osteocalcin (OCN) in the cells were evaluated. The results show that BMP2-functionalised surfaces exhibited an elevated level of Runx2 and OCN expression. Some helix-grafted materials exhibited a significantly higher Runx2 and/or OCN expression than the corresponding homogeneous materials, but these differences were not consistent across samples of the same chiral orientation or bioactive functionalisation. Therefore, conclusive general statements about differences in osteogenic effect between helix functionalisations and handednesses aredifficult to make. A potential reason for this is the variability of surface coverage of helix-grafted materials: As the quantity of helices that are immobilised onto the surfaces is lower than expected and varies greatly between the samples, the number of cells that are not in contact with the helices might change as well, which can lead to false negatives.The results of a proteomic experiment have shown which proteins are differentially expressed in cells cultured on helices with or without BMP-functionalisation, compared to bare glass. Comparison with other proteomic studies shows that proteins which are known to be upregulated during osteogenic differentiation are overexpressed most frequently in cells cultured on BMPmodified helices. The proteins that were identified with this method might serve as starting point for future investigations.

L’AVC représente la première cause d’handicap acquis chez l’adulte. L’AVC ischémique, représentant 87% des AVCs, est une pathologie complexe dont le premier facteur de risque aggravant est l’hypertension artérielle. À l’heure actuelle les seuls traitements disponibles sont la thrombolyse et la thrombectomie. Cependant, ces traitements présentent de nombreuses contre-indications et effets secondaires limitant leurs applications chez les patients. L’objectif des travaux menés dans cette thèse est l’évaluation d’un traitement pharmacologique, le RGTA (ReGeneraTing Agent), combiné ou non à un traitement cellulaire utilisant les cellules souches mésenchymateuses (CSMs), chez des rats normo- et hyper-tendus. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent qu’à la suite d’une ischémie cérébrale, les traitements évalués offrent une neuroprotection et une récupération fonctionnelle persistantes, chez les animaux noromo- et hyper-tendus. Cette récupération est expliquée par la réduction du volume lésionnel, par une meilleure plasticité cérébrale (angiogenèse, neurogenèse), ainsi par la potentialisation de l’effet des CSMs par le RGTA. En conclusion, nos études démontrent l’efficacité d’une thérapie robuste de neurorprotection chez le rongeur à la suite d’une ischémie cérébrale. / Stroke is the leading cause worldwide of adult severe disability. The limited available treatments for ischemic stroke, which accounts for 87% of strokes, makes it necessary to develop new therapeutical approaches. Stroke is a complex pathology and chronic hypertension (CAH) represents the first aggravating risk factor for ischemic stroke. At the present time, the only two available treatments for ischemic stroke, thrombolysis and thrombectomy, present several side effects limiting their clinical use. Here we evaluate the effect of a molecular RGTA (ReGeneraTing Agent) based therapy combined or not to a cellular therapy based on the use of mesenchymal stem cells (MSCs) for the treatment of ischemic stroke in normo- and hyper-tensive rats. The results demonstrate that the evaluated therapies confer a long lasting neuroprotection accompanied by animals’ functional recovery. Further analysis suggest that RGTA enhances brain plasticity (angiogenesis, and neurogenesis), protects the extracellular matrix structure, and potentiates MSCs’ beneficial effects. In conclusion, our studies demonstrate the efficacy of a molecular and cellular combined therapy conferring a persistent neuroprotection and functional recovery for the treatment of ischemic stroke.

Dans des études animales, nous avons étudié le développement des métastases osseuses, leur vascularisation ainsi que des biomatériaux de comblement ou pouvant cibler l'angiogenèse. Nous avons utilisé le poly 2-hydroxyéthyl méthacrylate (pHEMA) connu pour sa biocompatibilité, pour fabriquer des microbilles fluorescentes portant à leur surface des charges anioniques ou cationiques. Les microbilles ont été incubées avec une lignée de cellules endothéliales qui internalisent de préférence les microbilles portant une charge anionique. Un silicone radio-opaque a été utilisé pour caractériser l'architecture en 3D des vaisseaux sanguins à différents stades d'évolution des métastases osseuses chez le rat. Nous avons montré au niveau des os tumoraux une hypervascularisation et une désorganisation importante de l'architecture vasculaire avec un réseau très dense de micro vaisseaux à l'aspect tortueux s'étendant dans toute la zone trabéculaire, envahissant la corticale et la diaphyse en sens rétrograde. Dans une autre étude, l'acide zolédronique, un puissant bisphosphonate ayant aussi un effet anti-angiogénique, a été utilisé de façon préventive dans un modèle de métastase osseuse chez le rat. Il permet la conversion des métastases du carcinome MatLyLu, initialement ostéolytiques, en formes ostéocondensantes en limitant les perforations corticales. Enfin, chez le lapin, dans un modèle de comblement osseux par le bêta tricalcium phosphate (β−TCP), nous avons montré que des anti-inflammatoires non stéroïdiens, utilisés en chirurgie osseuse, ne retardent pas l'ostéogenèse au contact du biomatériau. La vascularisation joue un rôle important dans le remodelage osseux normal mais aussi dans les ostéopathies bénignes et malignes ainsi que dans l'ostéointégration des biomatériaux utilisés pour le traitement des pertes de substance osseuse.

L'acier inoxydable est utilisé dans de nombreuses applications biomédicales. Au contact d'un environnement biologique, des protéines s'adsorbent à la surface des aciers inoxydables. La maîtrise de la biocompatibilité nécessite la connaissance à l'échelle moléculaire de l'interaction biomolécule- surface. Nous développons une approche " bottom up " de cette interaction déclinée selon 3 axes : Complexification de la surface : Les films passifs en surface des aciers inoxydables sont composés à la fois d'oxydes de chrome et de fer et la surface α-Cr2O3 (0001) représente un modèle pertinent de ce film passif. Nous avons tout d'abord étudié l'adsorption des acides aminés (AA) sur une surface de Cr2O3 anhydre. Les acides aminés acides et basiques interagissent le plus fortement avec Cr2O3. Nous avons mis en évidence une différence de réactivité entre Cr2O3, Fe2O3 et un film de Cr2O3 enrichi en Fer en extrême surface, imputable à la structure électronique des cations Cr3+ et Fe3+. Activité de l'eau : Elle a été prise en compte en modélisant une surface hydroxylée et en extrapolant à l'interface solide liquide. L'étude de l'adsorption des AA sur une surface hydroxylée (en sphère externe) et en substitution de groupements -OH de surface a montré que seuls les acides aminés acides (Glu, Asp) peuvent s'adsorber en sphère interne. La formation de couches auto-assemblées de sphère externe est favorisée pour les acides aminés hydrophobes. Taille de la biomolécule : Dans cet optique nous avons développé une nouvelle méthodologie pour l'étude de l'adsorption de peptides sur des surfaces bien définies. Cette méthodologie est appliquée à l'exemple de l'adsorption du dipeptide de l'acide glutamique Glu2 sur Cr2O3. Une adsorption par multi-ancrage des résidus, de type sphère interne, est calculée.