Le titane et ses alliages constituent des biomatériaux de choix pour des applications endovasculaires (stent) et osseuses (implants orthopédiques et dentaires). Afin d'améliorer la biocompatibilité, deux moyens ont été mis en œuvre : une modification chimique surfacique (revêtement) et une structuration surfacique (rugosité). Le revêtement concerne 4 types d'oxyde (Ti02, Nb2O5, SiO2 et TiO2-SiO2) obtenus par la méthode Sol-Gel et déposés par spin-coating sur un substrat en titane. La structuration surfacique concerne l'alliage TiNb10 subissant une attaque acide. Pour un temps d'attaque croissant, la rugosité en découlant, augmente. Les films d'oxyde, présentant une bonne adhérence, ont une épaisseur proche de 100 nm. Ces derniers sont homogènes et purs. Concernant la structure, seul l'oxyde TiO2 est cristallin, tandis que les autres sont amorphes. Les oxydes TiO2 et Nb2O5 sont poreux alors que SiO2 et TiO2-SiO2 présentent une surface plane sans pores ou fissures. Par ailleurs, les films sont résistants à la corrosion. Par la suite, des tests de cytocompatibilité ont été effectués sur les oxydes, tantôt avec des cellules endothéliales, tantôt avec des ostéoblastes. Afin de favoriser l'endothélisation, on retiendra TiO2, Nb2O5 et TiO2-SiO2. L'ostéointégration est facilitée par Nb2O5 et TiO2SiO2. Par ailleurs, les oxydes sont tous hémocompatibles. Dans le cas de l'alliage TiNb10 testé uniquement pour des applications endovasculaires, l'endothélisation est favorisée pour une rugosité décroissante. Des études supplémentaires devront optimiser la rugosité afin de rivaliser avec les 3 oxydes cités ci-dessus. / Titanium and its alloys are the biomaterials of choice for endovascular (stent) and bone (orthopaedic and dental implants) applications. Two ways were studied to improve the biocompatibility: chemical surface modification (coating) and surface structuring (roughness). As to the coatings, four oxides types (TiO2, Nb2O5, SiO2 and TiO2-SiO2) were obtained using the Sol-Gel method and spin-coating on titanium substrates. The surface structuring was achieved for the alloy TiNb10 by acid etching. The roughness rises with increasing etching time. The oxide films with a thickness of about 100 nm are homogeneous and pure, and have a good adhesion. Only the oxide TiO2 is crystalline, the others are amorphous. The TiO2 and Nb2O5 oxides are porous whereas SiO2 and TiO2-SiO2 are smooth without any pores or fissures. Moreover, all the films are corrosion resistant. After that, cytocompatibility tests were done on all oxide surfaces with endothelial cells and osteoblasts with respect to their further application. The results show that the endothelisation is improved by TiO2, Nb2O5 and TiO2-SiO2 whereas the osseointegration is enhanced by Nb2O5 and TiO2-SiO2. ln the case of the alloy TiNb10 that was only studied for endovascular applications, the endothelisation is enhanced by a decreased roughness. Further studies will optimise the roughness in order to compete with the three oxide coatings mentioned above.

L’objectif de ce travail est d’évaluer la biocompatibilité d’un copolymère de Dextrane- Polybutylmethacrylate utilisé comme revêtement de stent métallique en Cobalt-Chrome. L’étude s’est déroulée en trois phase : 1/La production du polymère et la caractérisation physico-chimique, 2/L’évaluation in vitro et 3/L’évaluation in vivo dans plusieurs modèles. Dans un premier temps deux copolymères de concentrations distinctes ont été synthétisés et mis en forme pour les différentes expériences. Leur caractérisation par FTIR, mesure d’angle de contact et une première implantation in vivo évaluant la réaction à corps étranger a permis d’ensélectionner un : le Dex-PBMA. Aucune réaction inflammatoire chronique n’a été observée. Desépreuves dynamiques et une observation des stents recouverts au MEB ont permis de confirmer la présence et la tenue du film de Dex-PBMA sur les stents. Des tests in vitro ont montré une faible d’adhésion bactérienne et plaquettaire ainsi qu’une thrombogénicité modérée. Un dispositif sous flux ex vivo et l’utilisation d’une molécule modèle - le Tacrolimus – ont montré la faisabilité d’utiliser le Dex-PBMA comme plateforme de libération de substances. In vitro, l’adhésion et la prolifération des progéniteurs endothéliaux ainsi que des cellules souches mésenchymateuses étaient faibles mais aucun effet toxique n’a été noté. Finalement les stents recouverts de Dex-PBMA ont été implantés in vivo dans un modèle d’aorte saine de rat puis dans un modèle de resténose chez le lapin. Chez le rat, après 30 jours, une hyperplasie limitée, l’absence de macrophage et une réendothélialisation des mailles ont été observées. Les premières implantations chez le lapin ont confirmé ces tendances mais l’étude doit être élargie afin d’en tirer une conclusion plus fiable. En conclusion, ces données démontrent que le Dex-PBMA est un matériau intéressant pour le revêtement de stent. / The purpose of this work was to study the biocompatibility of a dextran-graft-polybutylmethacrylate copolymer coated on cobalt chromium metallic stent. This study was divided in 3 parts: 1/the production of the copolymer and its physico-chemical characterization; 2/ its in vitro evaluation and 3/ its in vivo evaluation in several models. In the first step, 2 copolymers with different concentrations were synthetized and shaped for the following experiments. Their FTIR examination, contact angle measurement and a first in vivo implantation to evaluate foreign body reaction lead to the selection of one copolymer: the Dex-PBMA. No chronicle inflammatory reaction was noticed. Dynamic tests and SEM observations of coated stents confirmed the presence and the resistance of the Dex-PBMA coating. In vitro tests showed both low bacterial and platelet adhesions and a moderate thrombogenicity. An ex vivo test under flow with a model molecule – the Tacrolimus – showed the ability of Dex-PBMA to deliver drug. In vitro, the human endothelial progenitors and mesenchymal stem cells adhesion and proliferation were low but didn’t reveal any toxic effect. Finally Dex-PBMA coated stent were implanted in vivo in a healthy rat aorta model of stenting then in a rabbit model of restenosis. In rat, the intimal hyperplasia was moderate and an endothelium was present 30 days after stent implantation. First rabbit implantation confirmed these trends nevertheless this study must be extended to obtain significant results. In conclusion, these data demonstrate that Dex-PBMA is an interesting material for stent coating.

Depuis ces dernières décennies, le domaine des biomatériaux a connu un essor considérable, évoluant de simples prothèses aux dispositifs les plus complexes pouvant détenir une bioactivité spécifique. Outre, le progrès en science des matériaux et une meilleure compréhension des systèmes biologiques a offert la possibilité de créer des matériaux synthétiques pouvant moduler et stimuler une réponse biologique déterminée, tout en améliorant considérablement la performance clinique des biomatériaux. En ce qui concerne les dispositifs cardiovasculaires, divers recouvrements ont été développés et étudiés dans le but de modifier les propriétés de surface et d’améliorer l’efficacité clinique des tuteurs. En effet, lorsqu’un dispositif médical est implanté dans le corps humain, son succès clinique est fortement influencé par les premières interactions que sa surface établit avec les tissus et les fluides biologiques environnants. Le recouvrement à la surface de biomatériaux par diverses molécules ayant des propriétés complémentaires constitue une approche intéressante pour atteindre différentes cibles biologiques et orienter la réponse de l’hôte. De ce fait, l'élucidation de l'interaction entre les différentes molécules composant les recouvrements est pertinente pour prédire la conservation de leurs propriétés biologiques spécifiques. Dans ce travail, des recouvrements pour des applications cardiovasculaires ont été créés, composés de deux molécules ayant des propriétés biologiques complémentaires : la fibronectine (FN) afin de promouvoir l’endothélialisation et la phosphorylcholine (PRC) pour favoriser l’hémocompatibilité. Des techniques d’adsorption et de greffage ont été appliquées pour créer différents recouvrements de ces deux biomolécules sur un polymère fluorocarboné déposé par traitement plasma sur un substrat en acier inoxydable. Dans un premier temps, des films de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ont été utilisés en tant que surface modèle afin d'explorer l'interaction de la PRC et de la FN avec les surfaces fluorocarbonées ainsi qu’avec des cellules endothéliales et du sang. La stabilité des recouvrements de FN sur l'acier inoxydable a été étudiée par déformation, mais également par des essais statiques et dynamiques sous-flux. Les recouvrements ont été caractérisés par Spectroscopie Photoéléctronique par Rayons X, immunomarquage, angle de contact, Microscopie Électronique de Balayage, Microscopie de Force Atomique et Spectrométrie de Masse à Ionisation Secondaire à Temps de Vol (imagerie et profilage en profondeur). Des tests d’hémocompatibilité ont été effectués et l'interaction des cellules endothéliales avec les recouvrements a également été évaluée. La FN greffée a présenté des recouvrements plus denses et homogènes alors que la PRC quant à elle, a montré une meilleure homogénéité lorsqu’elle était adsorbée. La caractérisation de la surface des échantillons contenant FN/PRC a été corrélée aux propriétés biologiques et les recouvrements pour lesquels la FN a été greffée suivie de l'adsorption de la PRC ont présenté les meilleurs résultats pour des applications cardiovasculaires : la promotion de l'endothélialisation et des propriétés d’hémocompatibilité. Concernant les tests de stabilité, les recouvrements de FN greffée ont présenté une plus grande stabilité et densité que dans le cas de l’adsorption. En effet, la pertinence de présenter des investigations des essais sous-flux versus des essais statiques ainsi que la comparaison des différentes stratégies pour créer des recouvrements a été mis en évidence. D'autres expériences sont nécessaires pour étudier la stabilité des recouvrements de PRC et de mieux prédire son interaction avec des tissus in vivo. / Over the past years, we have perceived the remarkable growth of the field of biomaterials, evolving from simple prosthetics to complex materials with specific bioactivities. Advances in materials science jointed with an improved understanding of biological systems have carried the ability to create synthetic materials, which would modulate and/or stimulate specific biological responses. In this way, it has been possible to greatly improving the performance of biomaterials. Indeed, when a dispositive is implanted in the human body, the clinical success of the biomaterial is influenced by the first interactions its surface establishes with the surrounding biological tissues and fluids. Regarding cardiovascular devices, various coatings have been investigated to modify the surface properties of stents and to improve their clinical efficacy. In this context, coating biomaterials with several molecules having complementary properties is an interesting approach to accomplish different biological targets. However, the elucidation of the interaction between those molecules will be relevant to predict the preservation of their specific properties on the biomaterial surface. In this work, coatings for cardiovascular applications were created containing two molecules with complementary properties: fibronectin (FN) to promote endothelialization and phosphorylcholine (PRC) for hemocompatibility. Adsorption and grafting techniques were used to achieve different coatings containing both molecules on stainless steel substrate previously coated with a fluorocarbon polymer deposited by plasma treatment. Polytetrafluoroethylene films were first used as model surfaces to explore the interaction of FN and PRC with fluorocarbon surfaces as well as with cells and blood. The stability of FN coatings on fluorocarbon/stainless steel substrates was accomplished through plastic deformation, static and under-flow dynamic tests. Coatings were characterized through X-Ray Photoelectron Spectroscopy, immunostaining, water contact angle, Scanning Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy and Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (imaging and depth profiling analyses). The interaction of coatings with endothelial cells and blood was also assessed. Regarding FN coatings, those where the protein was grafted, presented denser and more homogeneous coatings. In the case of while PRC coatings, those adsorbed resulted in higher homogeneity than those where PRC was chemical activated during the grating process. Surface characterization of FN/PRC was correlated to the biological properties. Coatings where FN was first grafted followed by the adsorption of PRC exhibited the best results for cardiovascular applications: promotion of endothelialization and hemocompatibility properties. Concerning the stability tests, FN grafted exhibited higher stability than FN adsorbed. Indeed, the relevance of investigating under dynamic conditions (under-flow tests) versus static tests as wells as the comparison of different strategies to create coatings were evidenced. Further experiments are required to study the stability of PRC coatings and to enhance the mimicking of the biological environment in order to predict the interaction of the coatings with living tissues in vivo. / En los últimos años hemos sido testigos de un notable crecimiento en el ramo de biomateriales; hemos sido partícipes de la evolución de simples prótesis a materiales complejos con bioactividad específica. Los avances en ciencias de materiales, así como en la comprensión del funcionamiento de sistemas biológicos, han traído consigo la posibilidad de crear materiales sintéticos capaces de modular/estimular respuestas específicas del organismo vivo, con lo cual ha sido posible mejorar significativamente el desempeño clínico de distintos biomateriales. En lo que respecta a dispositivos cardiovasculares, diversos revestimientos han sido investigados para modificar las propiedades de la superficie de stents con el fin de mejorar su eficacia clínica. Efectivamente, cuando un dispositivo médico es implantado en un organismo vivo, su éxito clínico se verá fuertemente influenciado por las primeras interacciones que su superficie establecerá con los tejidos y fluidos biológicos de sus alrededores. La concepción de revestimientos de biomateriales con distintas moléculas con propiedades complementarias ha sido un enfoque interesante en los últimos años para alcanzar diferentes objetivos biológicos. La elucidación de la interacción de las diferentes moléculas entre sí, y con el substrato, tiene alta relevancia en lo que respecta a la predicción de la preservación de propiedades biológicas específicas a cada molécula en cuestión. En este trabajo, se han creado revestimientos para aplicaciones cardiovasculares que contienen dos moléculas con propiedades complementarias: fibronectina (FN) para promover la endotelialización y fosforilcolina (PRC) por sus propiedades de hemocompatibilidad. Con el fin de crear los diferentes revestimientos, se aplicaron distintas técnicas de adsorción y de enlaces químicos entre las dos moléculas bioactivas. Dichos revestimientos fueron creados sobre un polímero de fluorocarbono depositado por tratamiento con plasma sobre acero inoxidable. Durante los primeros trabajos, se utilizaron películas de politetrafluoroetileno como superficies modelo con el fin de explorar la interacción de FN y PRC con superficies de fluorocarbono así como con células y sangre. La estabilidad de los revestimientos de FN en substratos de acero inoxidable recubierto del polímero fluorocarbonado fue investigada por medio de pruebas de deformación, así como pruebas en condiciones estáticas y dinámicas (bajo flujo). Los revestimientos fueron caracterizados por medio de análisis en Espectroscopia Fotoelectrónica de Rayos X, inmunomarcado, ángulo de contacto, Microscopía Electrónica de Barrido, Microscopía de Fuerza Atómica y Espectrometría de Masa de Ionización Secundaria por Tiempo de Vuelo (éste último en análisis de imágenes y perfiles de profundidad). Igualmente, se realizaron pruebas de hemocompatibilidad, y se evaluó la interacción de los revestimientos con células endoteliales. Los revestimientos en los que la FN fue activada químicamente presentaron mayor densidad y homogeneidad que aquéllos donde la proteína fue simplemente adsorbida; mientras que la PRC adsorbida presentó mayor homogeneidad que aquélla que fue activada químicamente. La caracterización de superficie de los revestimientos de FN/PRC fue correlacionada con sus propiedades biológicas. Los revestimientos en los que la FN fue enlazada para posteriormente adsorber la PRC, mostraron los mejores resultados para aplicaciones cardiovasculares: promoción de la endotelialización y propiedades de hemocompatibilidad. En lo que respecta a las pruebas de estabilidad, la FN activada químicamente exhibió mayor estabilidad y revestimientos más densos incluso después de pruebas dinámicas bajo flujo. En efecto, gracias a estos experimentos, se logró poner de manifiesto la relevancia de la presentación de investigaciones de pruebas bajo flujo versus pruebas estáticas; de igual manera, fue posible poner en evidencia la relevancia de comparar diferentes estrategias en la creación de revestimientos con el fin de propiciar óptimas interacciones entre éstos y el organismo vivo. Como perspectivas y trabajos futuros, será requerido estudiar la estabilidad de los revestimientos de PRC, así como estudios biológicos más avanzados con el fin de predecir mejor la interacción de los revestimientos con tejidos in vivo.

De nouveaux radiotraceurs sont continuellement développés pour améliorer l'efficacité diagnostique en imagerie moléculaire, principalement en tomographie d'émission par positrons (TEP) et en tomographie d'émission monophotonique (TEM) dans les domaines de l'oncologie, de la cardiologie et de la neurologie. Avant de pouvoir être utilisés chez les humains, ces radiotraceurs doivent être caractérisés chez les petits animaux, principalement les rats et les souris. Pour cela, de nombreux échantillons sanguins doivent être prélevés et analysés (mesure de radioactivité, séparation de plasma, séparation d'espèces chimiques), ce qui représente un défi majeur chez les rongeurs à cause de leur très faible volume sanguin (-1,4 ml pour une souris). Des solutions fournissant une analyse partielle sont présentées dans la littérature, mais aucune ne permet d'effectuer toutes les opérations dans un même système. Les présents travaux de recherche s'insèrent dans le contexte global d'un projet visant à développer un système microfluidique d'analyse sanguine complète en temps réel pour la caractérisation des nouveaux radiotraceurs TEP et TEM. Un cahier des charges a tout d'abord été établi et a permis de fixer des critères quantitatifs et qualitatifs à respecter pour chacune des fonctions de la puce. La fonction de détection microfluidique a ensuite été développée. Un état de l'art des travaux ayant déjà combiné la microfluidique et la détection de radioactivité a permis de souligner qu'aucune solution existante ne répondait aux critères du projet. Parmi les différentes technologies disponibles, des microcanaux en résine KMPR fabriqués sur des détecteurs semiconducteurs de type p-i-n ont été identifiés comme une solution technologique pour le projet. Des détecteurs p-i-n ont ensuite été fabriqués en utilisant un procédé standard. Les performances encourageantes obtenues ont mené à initier un projet de maîtrise pour leur optimisation. En parallèle, les travaux ont été poursuivis avec des détecteurs du commerce sous forme de gaufres non découpées. Un premier dispositif intégrant des canaux en KMPR sur ces gaufres a permis de valider le concept démontrant le grand potentiel de ces choix technologiques et incitant à poursuivre les développements dans cette voie, notamment en envisageant des expériences animales. L'utilisation prolongée des canaux avec du sang non dilué est cependant particulièrement exigeante pour les matériaux artificiels. Une passivation à l'albumine a permis d'augmenter considérablement la compatibilité sanguine de la résine KMPR. Le concept initial, incluant la passivation des canaux, a ensuite été optimisé et intégré dans un système de mesure complet avec toute l'électronique et l'informatique de contrôle. Le système final a été validé chez le petit animal avec un radiotraceur connu. Ces travaux ont donné lieu à la première démonstration d'un détecteur microfluidique de haute efficacité pour la TEP et la TEM. Cette première brique d'un projet plus global est déjà un outil innovant en soi qui permettra d'augmenter l'efficacité du développement d'outils diagnostiques plus spécifiques principalement pour l'oncologie, la cardiologie et la neurologie.

Les limites des nanovecteurs commerciaux ou actuellement en développement ont motivé l’élaboration de nouvelles nanoparticules mésoporeuses de silice (MSNP), hybrides et multiphasées, pour le contrôle de la délivrance d’actifs à application théranostique. Ainsi, de nouvelles MSNP ont été conçues pour la pénétration intracellulaire (diamètre entre 30 et 60 nm, taille des pores de 2,8 nm). Afin de les rendre hémocompatibles et de contrôler la cinétique de délivrance de principes actifs encapsulés, ces MSNP ont été enrobées d’une bicouche lipidique (MSNP+@SLB-). La composition lipidique s’inspire des membranes asymétriques des globules rouges ciblés par la présente étude.La technologie MSNP+@SLB- ayant montré des limites avec une cinétique de libération trop élevée de la calcéine et trop lente de la rhodamine B, deux améliorations majeures ont été apportées :1- Le recouvrement des SLB par un nanogel d’alginate, permettant un excellent contrôle de la libération d’actifs.2- L’insertion de nanoparticules magnétiques dans le coeur des MSNP, déclenchant la libération de l’actif par hyperthermie.Ces nouvelles architectures de nanovecteurs permettent de moduler les cinétiques de délivrance d’actifs, renforçant et élargissant ainsi le champ d’applications des vecteurs silicés dans les domaines biomédical ( Voie orale et intraveineuse) et dermato-cosmétique (Voie topique). / The limitations of commercial nanovectors or currently under development have motivated the development of new hybrid and core shell mesoporous silica nanoparticles (MSNP) for the control of molecular delivery.Therefore, new MSNP were designed for intracellular penetration (diameter between 30 and 60 nm, pore size of 2.8 nm). In order to make them hemocompatible and to control the kinetics of delivery of encapsulated active ingredients, these MSNP were coated with a lipid bilayer (MSNP+@SLB-). The lipid composition is inspired by the asymmetric membranes of the red blood cells.Since the MSNP+@SLB- technology has shown some limitations associated to the release of payloads which can be too fast (in the case of calcein) or to slow (case of rhodamine B), two major improvements have been made:1- The coating of SLB by an alginate nanogel, allowing an excellent control of the release of active molecules.2- Insertion of magnetic nanoparticles in the MSNP core, triggering the release of the active ingredient by hyperthermia.These new nanovector architectures enable the fine tuning of active ingredient delivery kinetics, reinforcing and expanding the applications of silicated vectors in the fields of biomedicine (oral and intravenous) and dermato-cosmetics (topical).