L’augmentation de la fréquence des pathologies vasculaires va créer ces prochaines années, des besoins importants en substituts vasculaires de petits calibres. L’idéal, à ce jour, reste l’utilisation de vaisseaux autologues réduisant les risques infectieux et immunologiques mais d’usage limité ce qui est à l’origine de l’ingénierie cellulaire. L’identification des progéniteurs vasculaires est d’un intérêt majeur dans ce domaine. Ces cellules d’origine autologues sont douées d’une grande capacité de prolifération et d’un potentiel de différenciation en cellules vasculaires (cellules endothéliales (CE) et cellules musculaires lisses (CML)) mais la difficulté réside dans le choix du recouvrement de la surface du support de culture qui favorise leur adhésion et prolifération Dans ce travail, nous avons choisi les films multicouches de polyélectrolytes et mesuré leur impact sur le comportement de ces cellules progénitrices en fonction de différentes conditions de culture (normoxie ou hypoxie). Nous avons montré dans un premier temps, que ces films multicouches de polyélectrolytes permettaient d’accélérer la différenciation de ces cellules en CE matures. Nous avons également montré que ces mêmes cellules cultivées en hypoxie étaient capables de se différencier en cellules contractiles stables dans le temps, présentant un phénotype comparable à celui des CML matures. L’association de ces résultats additionnés aux avantages apportés par des feuillets détachables est à la base de la construction d’un substitut vasculaire autologue de petit calibre, composé de CE et de CML issues d’un même pool de cellules, mais cultivées dans des conditions différentes. / The increase of vascular pathologies is going to create these next years, important needs in vascular substitutes of small calibres. The gold standard, this day, remains the use of autologous vessels reducing the infectious and immunological risks, but of limited custom, which is at the origin of tissue engineering. The identification of vascular progenitor cells is of major interest in vascular engineering. These autologous cells present a high capacity of proliferation and a potential of differentiation in vascular cells (endothelial cells (EC) and smooth muscle cells (SMC)) but the difficulty lies in the choice of the coated surface of culture which facilitates their adhesion and proliferation. In this work, we chose polyelectrolytes multilayer films and measured their impact on these vascular progenitor cells in various conditions of culture (normoxia or hypoxia). We showed at first, that these polyelectrolytes multilayer films allowed to accelerate the differentiation of these cells into matures EC. We also showed that these same cells cultivated under hypoxic conditions were able to differentiate into stable and contractile cells, presenting a phenotype comparable to the mature SMC. The association of these results added to the advantages brought by detachable sheet is the basis of the construction of an autologous small calibre vascular substitute consisting of EC and SMC differentiated from the same pool of cells, but cultivated in different conditions.

L'ingénierie tissulaire a vu émerger dans la dernière décennie, la nanomédecine régénérative en combinant non seulement les cellules souches mais aussi les facteurs de croissance. Le but de ce travail a été d'utiliser les techniques de l'ingénierie osseuse et cartilagineuse pour améliorer ou créer des biomatériaux en les rendant bioactifs et vivants à une échelle nanométrique. Durant ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au développement de biomatériaux (naturels ou synthétiques), tridimensionnels (3D), implantables et utilisables pour le traitement de diverses pathologies de l'appareil loco-moteur, qui sont capables d'induire une meilleure différenciation cellulaire et une régénération tissulaire plus stable. Nous avons développé 3 types d'implants nanostructurés, à base de titane recouvert d'hydroxyapatite et de nanotubes de carbone, de capsules ou de membranes nanofibreuses nanofonctionnalisées par des facteurs de croissance, qui ont permis d'obtenir une régénération osseuse ou ostéo-articulaire, in vitro comme in vivo / During the last ten years, tissue engineering has merged with regenerative nanomedecine by combination, not only of stem cell technology but also of growth factors. The goal of this thesis was to use bone and cartilage engineering as a model, in order to improve and to develop active and living nanostructured implants. During this PhD studies, we were interested in the development of biomaterials (natural or synthetic), tridimentionnal (3D), transplantable for bone and cartilage diseases treatments, that are able to induce more cellular differentiation and improved tissue regeneration. In this thesis, we have developed 3 types of nanostructured implants, (i) titanium implants coated with hydroxyapatite and carbone nanotubes; (ii) active capsules functionalized by growth factors and stems cells for bone induction (in vitro/in vivo); (iii) electrospun nanofibrous membranes functionalized by growth factors and (Osteoblasts/Chondrocytes) for bone and cartilage regeneration, in vitro and in vivo

Les films polyélectrolytes ont émergé comme un outil polyvalent dans le domaine desbiomatériaux et de l’ingénierie tissulaire. Dans cette étude, nous avons conçu des films à base debiopolymère, dont la rigidité peut être modulée par photo-réticulation. L’adhésion de bactéries etde cellules mammifères sur ces films a été étudiée. Une telle manipulation de rigidité superficielleconduit à une réponse différentielle des bactéries et des cellules mammifères. Les bactéries àGram négatif présentent une meilleure croissance sur des films nous alors que les cellulesmammifères préféraient les films plus rigides. Ces films ont été spatialement structurés à l’aided’un photomasque, permettant de créer des zones adjacentes de rigidité variable et de formecontrôlée. Les motifs photostructurés ont conduit les cellules à s’organiser préférentiellement surles zones les plus rigides. Une étude comparative a été réalisée avec des micropatronsbiochimiques. Les résultats ont montré des réponses similaires pour trois types cellulairesdifférents. Ces films offrent des perspectives intéressantes pour l’ingénierie tissulaire et pour letest de médicaments. / Polyelectrolyte multilayers have emerged as a versatile tool in the field of biomaterials and tissueengineering. In this study, photocrosslinkable polyelectrolyte films based on biopolymers whosestiffness can be easily tuned by UV irradiation were prepared. Then, they were tested againstbacteria and mammalian cells to address the influence of the film stiffness on cell behavior. Suchsuperficial stiffness manipulation resulted in differential response of bacteria and mammaliancells. Gram negative bacteria evidenced better growth on softer films while various mammaliancells preferred stiffer films. Stiffness patterns of various geometries and sizes were generated byexposing the films to the UV light through a photomask incorporated in transparent substrates.The patterned films composed of stiff motifs distributed in a soft background induced apreferential spatial organization, which depended on pattern shape and size. A comparative studywith commercial biochemical patterns revealed similar pattern fidelity for three differentmammalian cell types. Such mechanical patterns on a 2D film appear promising for futureapplications in tissue engineering or for drug screening.

L’incidence des maladies cardiovasculaires d’origine athéromateuse demeure un problème majeur en santé publique et malgré le développement de techniques curatives endovasculaires, la chirurgie demeure nécessaire chez de nombreux patients. Le remplacement vasculaire se fait par une veine autologue qui reste le « gold standard » ou, lorsque les patients n’ont pas le capital vasculaire suffisant, par une prothèse. Actuellement, si les techniques utilisant des prothèses synthétiques sont satisfaisantes pour le remplacement d’artères de gros calibre, celui des artères de petit calibre demeure toujours un défi du fait du caractère thrombogène des biomatériaux utilisés et de leurs mauvaises propriétés mécaniques. Depuis quelques années, le concept d’ingénierie tissulaire a émergé et évolué. Il pourrait permettre de proposer de nouveaux types de substituts vasculaires hybrides et/ou biologiques, grâce en particulier à l’utilisation de cellules souches et de leurs progéniteurs, ouvrant d’intéressantes perspectives dans le domaine de l’ingénierie vasculaire. Le but de ce travail a été d’obtenir de manière fiable et reproductible des cellules à phénotype endothélial mature à partir de progéniteurs endothéliaux issus de moelle osseuse et sang périphérique humains et de définir leurs réponses dans des conditions proches de celles observées dans un vaisseau natif. Des cellules (PDECs : Progenitor Derived Endothelial Cells) ont pu être amplifiées à partir de progéniteurs, elles présentent les marqueurs membranaires classiquement utilisés pour définir des cellules endothéliales matures. Elles sont capables, sur différents revêtements utilisés cliniquement tels le collagène de type I et la colle de fibrine ainsi que sur un revêtement plus expérimental (Multicouches de PolyElectrolytes), de former une monocouche confluente. Ces PDECs résistent à des contraintes mécaniques de cisaillement de type artériel et l’analyse de gènes et protéines impliqués dans la biologie de l’endothélium a montré qu’elles répondent à ces stimulations par l’expression d’un phénotype en lien avec une activité antithrombogène. De plus, les travaux préliminaires réalisés sur ces PDECs cocultivés avec des progéniteurs ostéoblastiques, ouvrent d’intéressantes perspectives concernant leur utilisation dans le cadre de l’ingénierie du tissu osseux vascularisé. / The incidence of atherosclerotic arterial disease is still a major public health problem and despite endovascular surgery therapies, surgical treatment is necessary for many patients. Vascular bypass is performed with an autologous vein which remains the gold standard, or when patients do not have appropriate blood vessels to be used as replacement, with a synthetic prosthesis. Nowadays, synthetic vascular grafts have been successfully used in the treatment of the pathology of large arteries, but the replacement of the smaller sized arteries is still a challenge because synthetic vascular grafts are known to be highly thrombogenic and have poor mechanical properties. Recently, the tissue engineering concept has emerged and advances. It can allow to propose development of new hybrid or biologic vascular substitutes, using stem cells and progenitor cells, holding great promise for vascular tissue engineering. The aim of the present study was to obtain reliably and reproducibly, cells with mature endothelial phenotype from endothelial progenitor cells isolated from human bone marrow and peripheral blood and investigate cell response in conditions similar to those observed in a native vessel. We were able to expand cells (PDECs: Progenitor Derived Endothelial Cells) from progenitors which exhibit markers conventionally used to define mature endothelial cells. They were able, on scaffolds currently used in clinic like collagen type I and fibrin glue or on more experimental scaffold (Polyelectrolytes multilayers films), to form a confluent monolayer. These PDECs are able to withstand arterial shear stress and analysis of genes and proteins implicated in endothelium biology shows that these cells respond to shear stress stimulation with a phenotype connected to an anti-thrombogenic activity. Moreover, preliminary studies using co-cultures of PDECs and osteoblastic progenitors, open interesting perspectives concerning PDECs to be used in the field of vascularized bone tissue engineering.

Une analyse détaillée des propriétés physico-chimiques des nanoparticules (NP) anthropogéniques est nécessaire pour comprendre à un niveau mécanistique leurs interactions/toxicité potentielle avec/envers les composants biotiques des systèmes aquatiques naturels. Une telle analyse est également requise pour réaliser une évaluation complète et une optimisation de la performance des méthodes d’(ultra)filtration développées pour circonscrire le relargage des NPs dans les milieux aquatiques. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse de doctorat était de déchiffrer les processus physico-chimiques fondamentaux régissant la capture de nanodendrimères carboxylés (PAMAM-COOH) - utilisés fréquemment dans des applications biomédicales – par des films multicouches du type (poly(diallyldiméthylammonium)chlorure-poly(acide acrylique))n ((PDADMAC-PAA)n) assemblés par déposition séquentielle des composantes polymériques cationique et anionique. À cette fin, une étude systématique des propriétés électrohydrodynamiques des NPs PAMAM-COOH a d'abord été effectuée en fonction du pH et de la concentration en sel monovalent du milieu. Sur la base de la théorie électrocinétique de particules molles ayant une fonctionnalité zwitterionique, il est démontré que les caractéristiques électriques interfaciales des NPs considérées sont déterminées à la fois par des contributions électrostatiques de surface et volumique des nanoparticules, lesquelles dependent de l’extension intraparticulaire de la double couche électrique. L’existence de ces deux types de contributions conduit à un changement remarquable de signe de la mobilité des NPs en modifiant la concentration du sel monovalent en solution et à une dépendance prononcé du point de zéro mobilité des NPs avec la concentration de l’électrolyte. En outre, une confrontation quantitative entre résultats expérimentaux et théorie souligne comment les modifications structurales des NPs induites par des changements de pH et de salinité affectent les caractéristiques électrocinétiques des dendrimères. Dans une deuxième partie, la structure, la morphologie et les propriétés mécaniques des films PDADMAC-PAA et leur évolution temporelle dans des conditions de vieillissement naturel ou après traitement thermique ont été déterminées par microscopie à force atomique (AFM) et analyses microspectroscopie Raman. Les résultats démontrent que les films multicouches PDADMAC-PAA de type exponentiel présentent des caractéristiques mécaniques et structurelles typiques de films polyélectrolytes multicouches à croissance linéaire. En particulier, leur relaxation lente vers un état d’équilibre est accélérée après traitement thermique à 60°C et se révèle être intimement liée à l'instabilité de domaines de films riches en PDADMAC, épuisés en eau (faits confirmés par la théorie de la fonctionnelle de la densité) et marqués par la présence de structures caractéristiques en forme de ‘donuts’. Dans une dernière partie, des résultats préliminaires sont donnés pour la dépendance de l'élasticité des films multicouches PDADMAC-PAA avec la concentration en solution de nanodendrimères. Les résultats suggèrent que ces films multicouches complexes constituent une option prometteuse pour la capture et l'élimination de nanodendrimères carboxylés présents en milieux aqueux / A detailed analysis of the physicochemical properties of engineered nanoparticles (NPs) is required to understand on a mechanistic level their interactions/potential toxicity with/towards biotic components of fresh water systems. Such an analysis is further mandatory to achieve a comprehensive evaluation and optimisation of the performance of (ultra)filtration methods developed to prevent NPs release into aquatic media. Within this context, the aim of this PhD thesis was to decipher the basic physico-chemical processes governing the loading of carboxylated-poly(amidoamine) (PAMAM-COOH) nanodendrimers -commonly employed in biomedical applications- into layer-by-layer assembled (poly(diallyl dimethyl ammonium) chloride-poly(acrylic acid))n ((PDADMAC-PAA)n) multilayer films. For that purpose, a systematic investigation of the electrohydrodynamic properties of PAMAM-COOH NPs was first performed as a function of pH and monovalent salt concentration in solution. On the basis of advanced electrokinetic theory for soft particles with zwitterionic functionality, it is demonstrated that the interfacial electrostatic features of the considered NPs are determined both by surface and bulk particle contributions to an extent that depends on electrolyte concentration. This leads to a remarkable NPs mobility reversal with changing monovalent salt concentration and to a marked dependence of the point of zero NPs mobility on electrolyte content. In addition, confrontation between experiments and theory further highlights how pH- and salt-mediated modifications of the NP particle structure affect dendrimer electrokinetic features at large pH and/or low salt concentrations. In a second part, the structure, morphology and mechanical properties of PDADMAC-PAA films, and their evolution over time under natural aging conditions or after thermal treatment, were addressed from atomic force microscopy (AFM) and Raman microspectroscopy analyses. Results evidence that PDADMAC-PAA multilayer films of exponential type exhibit mechanical and structural features that are typical for polyelectrolyte multilayer films with linear growth. In particular, their slow relaxation to equilibrium is accelerated after heating treatment at 60°C and, in line with density functional theory computation, this relaxation dynamics is shown to be intimately connected to instability of film domains rich in PDADMAC, depleted in water and marked by the presence of characteristic donut-like structures. In a final part, the reported dependence of PDADMAC-PAA multilayer films elasticity on concentration of nanodendrimers in bulk solution suggests that these complex multilayer films constitute a promising option to be further investigated for the loading and removal of carboxylated nanodendrimers from aqueous environments

Cette thèse concerne la fonctionnalisation des biomatériaux, le titane et l'alliage de titane Ti6Al4V ainsi que le PEEK (Poly-Éther-Éther-Ketone) pour l'application de ces biomatériaux dans les domaines de l'implantologie dentaire et de la reconstruction maxillo-faciale. Au cours de la première partie de ce travail nous avons synthétisé quatre peptides bi-fonctionnels avec une grande affinité pour la surface implantaire de Ti et de Ti6Al4V et également pour les kératinocytes oraux. La spectroscopie de force de la cellule unique (Single Cell Force Spectroscopy - AFM) a été utilisée pour étudier l'adhésion d'une cellule sur les surfaces fonctionnalisées par les quatre peptides bi-fonctionnels. A l'aide du test colorimétrique de para-nitrophenyl phosphate (pNPP) on a démontré l'adhésion des kératynocytes après 4 heures d'incubation sur les surfaces fonctionnalisées avec les peptides bi-fonctionnels. Les résultats de ces études ont démontré la présence d'un peptide bi-fonctionnel qui augmente l'adhésion cellulaire instantanée et l'adhésion 4h après incubation des kératinocytes oraux sur les métaux. Ce peptide résiste à l'influence de facteurs externes tels que l'adsorption d'albumine et représente une proposition prometteuse pour la fonctionnalisation de l'implant de Ti et de Ti6Al4V. La deuxième partie de notre mémoire de thèse décrit une méthode de dépôt par spray des films des multicouches de PLL/PGA (poly-l-lysine/acide polyglutamique), des protéines et des cellules souches pulpaires. Les outils de spray d'usage unique ont été adaptés aux exigences de la bonne pratique de fabrication (GMP - good manufacturing practice). Les premiers tests de prolifération cellulaire ont démontré qu'elle n'a pas été affectée par le spray. L'étude en AFM a démontré que la rugosité et l'épaisseur du film augmentaient exponentiellement avec l'augmentation du nombre des couches déposées. Le traitement physique par UV rayonnement ainsi que le traitement par la déshydratation et la réhydratation des films ont provoqué des changements dans l'épaisseur, l'élasticité et la dureté des films. Le dépôt des protéines sur les MPEs a aussi augmenté l'épaisseur et a influencé la dureté de la surface. Les changements chimiques de la structure des MPEs après le traitement physique et après le dépôt des protéines naturelles ont été étudiés par la spectroscopie Raman. La prolifération cellulaire au 1er, 3e et 8e jours après leur spray sur des films de MPEs et des protéines a été ensuite évaluée. Les MPEs traitées par UV combiné avec déshydratation/réhydratation ainsi que les PEMs couvertes par protéine - CaP ont entrainé une meilleure adhésion et prolifération cellulaires que les MPEs non-traitées. Finalement la méthode de dépôt par spray des MPEs, protéines et aussi des cellules souches pulpaires a été appliquée sur la surface de PEEK. La meilleure prolifération cellulaire au 8e jour après le spray était sur la surface couverte par le film de (PLL-PGA)5-protéine/CaP. Une étude in vitro sur le degré de minéralisation au 21e jour après l'incubation des cellules pulpaire dans un milieu ostéconductuer sur des différentes (MPEs couvertes-PEEK) surfaces a été effectuée. Les résultats de la microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique à transmission (MET), combiné avec des études histologiques ont confirmé la formation d'une matrice extracellulaire minéralisée des autour des cellules pulpaires sur la surface de PEEK. Conclusions: Dans ce travail nous avons décrit une nouvelle approche de fonctionnalisation des surfaces de Ti and Ti6Al4V par des peptides bi-fonctionnels en proposant une séquence prometteuse qui augmente l'adhésion des kératinocytes oraux. Ensuite nous avons développé une méthode de fonctionnalisation de la surface de PEEK par des multicouches de polyeléctrolytes, des protéines naturelles et des cellules souches de la pulpe dentaire. La différentiation ostéoblastique in vitro a été finalement évaluée. / The objective of this thesis was to develop new techniques of surface functionalization of titanium; titanium alloy (Ti6Al4V) and PEEK (poly-ether-ether ketone) surfaces for their application on dental implantology and maxillofacial surgery. During the first part of the thesis we have synthesized four metal binding-cell specific peptides (MCSPs) with high affinity to titanium surface and to oral keratinocytes cells. Single Cell Force Spectroscopy (AFM) was used to study the instantaneous cell adhesion force of keratinicyte cell on MCSPs functionalized surfaces. The colorimetric para-nitrophenyl phosphate (pNPP) essay demonstrates the surface cell adhesion four hours after incubation. The results demonstrate the presence of one bi-functional peptide (MCSP-2) who increases both: the instantaneous and the 4 h cell adhesions. MCSP-2 resist to the influence of external factors like BSA adsorption and could be an interesting candidate for implant surface functionalisation. In the second part of the thesis we have developed a spray deposition method of polyelectrolyte multilayer (PEM) films build. PLL/PGA (poly-l-lysine/poly-glutamic acid) and proteins were used for surface coating. Consequently dental pulp stem cells (DPSC) are sprayed on the PEM films. The aims were to improve a spray -method for cells and the polyelectrolytes deposition on the PEEK implant. The entire spray device was designed for single use, which correspond to good manufacturing practice (GMP) conditions. Cell proliferation in 24 hours after spraying was not disturbed by the spray. Physicochemical properties of PEMs deposited by spray on glass surfaces were performed by Atomic Force Microscopy (AFM) and by contact angle measurements. The results have demonstrated the changes in films thickness and films roughness with increasing numbers of layers corresponding to exponential growth of the films. Physical treatment by UV irradiation and drying-wetting process affects the film thickness and the film elasticity and increases the stiffness of the film. The deposition of protein-CaP and collagen coatings on PEM films increased the layer thickness and influenced the hardness of the surface. Chemical changes in the polyelectrolyte structure during the physical treatment and after proteins deposition were studied by Raman spectroscopy. Cell proliferation of the pulp cells at 1st, 3th and 8th days after pulp cells deposition on PEMs coated glass surfaces, was then evaluated. The results demonstrated that 10 UV/ dray/wetted films and the natural proteins coated films enhanced cell adhesion and cell proliferation. The protein-CaP PEMs covered surface creates the best microenvironment to ensure the cell behavior. Finally PEM films coatings are applied on PEEK implant surface. The AFM study shows the changes of homogeneity and roughness of this surface after PEM film deposition. Contact angle measurement demonstrates decreases of surface hydrophobicity. Cell proliferation of dental pulp stem cells (DPSC) on (PLL-PGA)5-protein/CaP coated PEEK surface was highest compared to other functionalized surfaces. In vitro study of DPSCs osteogenic differentiation was evaluated by the degree of mineralization of the extracellular matrix on the PEEK surface at 21st day after cell incubation. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) combined with histological studies improved the formation of mineralized extracellular matrix and confirmed the osteogenic differentiation of DPSCs on the PEMs coated PEEK surface. Conclusions: In this work we validated the method of Ti and Ti6Al4V functionalization with bi-functional peptides. One peptide that could increase the epithelial cell adhesion to the surface was proposed. Spray deposition technics of PEMs, protein and pulp stem cells were applied for PEEK implant functionalization. Finally we evaluated the differentiation of dental pulp stem cells on the PEEK surface in vitro.

L'incidence des maladies cardiovasculaires d'origine athéromateuse constitue un problème majeur en santé publique et malgré le développement de techniques curatives endovasculaires, la chirurgie demeure nécessaire chez de nombreux patients. La faible disponibilité des vaisseaux naturels, autologues ou non, et les limites mécaniques et biologiques des substituts artificiels pour le remplacement des vaisseaux de petit calibre, imposent le recours à une nouvelle science : l'ingénierie vasculaire. Ce concept a émergé et évolué depuis quelques années. Il pourrait permettre de proposer de nouveaux types de substituts vasculaires synthétiques et/ou biologiques, en particulier grâce à l'utilisation de cellules souches, ouvrant d'intéressantes perspectives dans le domaine de l'ingénierie vasculaire. Le but de ce travail a été d'obtenir de manière fiable et reproductible des cellules à phénotype endothélial mature à partir de cellules souches mésenchymateuses (CSMs) issus de la gelée de Wharton (GW) du cordon ombilical et de la moelle osseuse (MO). Cependant, la différenciation de ces cellules nécessite une fonctionnalisation de la surface de culture, et notre groupe a démontré l'avantage des films multicouches de polyélectrolytes, constitués de PAH (hydrochlorure de poly(allylamine)) et de PSS (poly(styrène sulfonate)), sur l'adhésion, la prolifération et la différenciation cellulaire. Les cellules ont été cultivées sur films (PAH-PSS)4 ou sur collagène de type I (témoin), en présence de facteurs de croissance angiogéniques. La différenciation en cellules endothéliales (CEs) a été suivie par l'expression des marqueurs endothéliaux (PCR et western blot), et la fonctionnalité par leur capacité à incorporer les lipoprotéines acétylées (Ac-LDLs) ainsi que la capacité à produire du monoxyde d'azote et à exprimé le facteur von Willebrand (vWF). Après 14 jours de stimulation, seules les CSM-GWs étaient différenciées en CEs fonctionnelles démontrant l'intérêt de combiner l'utilisation des CSM-GWs et des films (PAH-PSS)4 dans le domaine de l'ingénierie vasculaire / The incidence of cardiovascular disease remains a major public health problem. Despite the development of endovascular therapies, surgical treatment is necessary for many patients. The low availability of natural vessels, autologous or not, and the mechanical and biological limits of artificial substitutes, led to the use of a new domain: vascular engineering. In recent years, the concept has emerged and evolved. He could afford to offer new types of synthetic vascular substitutes and / or biological, in particular through the use of stem cells, offering interesting perspectives in the field of vascular engineering. The purpose of this study was to obtain a reliable and reproducible protocol to generate functional endothelial cells (ECs) from mesenchymal stem cells (MSCs) derived from the umbilical cord Wharton's jelly (WJ) and bone marrow (BM). Nevertheless, their differentiation into vascular cells needs a culture surface functionalization; our group demonstrated the potential use of polyelectrolyte multilayer made of poly(allylamine hydrochloride): PAH, and poly(styrene sulfonate): PSS, in promoting cells adhesion, proliferation and differentiation. Cells were cultured on (PAH-PSS)4 films or collagen type I (used as control), in the presence of angiogenic growth factors. Cells differentiation into EC was followed through the expression of endothelial markers (PCR and western blot); cell functionality was checked through their ability to incorporate acetylated LDL (Low Density Lipoprotein), to produce NO (Nitric oxide) and to express the von Willebrand factor (vWF). After 14 days of stimulation, only WJ-MSCs were able to generate functional ECs demonstrating the potential of combining WJ-MSCs and (PAH-PSS)4 films in vascular tissue engineering field

L'optimisation des états de surface constitue un enjeu majeur pour les biomatériaux utilisés dans le domaine biomédical. Le titane (Ti) et ses alliages à base de nickel (NiTi) restent à ce jour les biomatériaux métalliques de prédilection dans nos applications cliniques en Odontologie (implants dentaires, instruments endodontiques, et arcs orthodontiques). Le but de nos recherche est d'optimiser les surfaces du Ti et NiTi en les fonctionnalisant par des films multicouches de polyélectrolytes (FMP). Notre travail propose d'étudier différents paramètres devant être impérativement validés avant d'envisager une quelconque application biomédicale in vivo avec ce type de revêtement. Une recherche bibliographique exhastive appuie notre recherche expérimentale. Le premier axe du travail propose de déterminer si des FMP peuvent effectivement s'adsorber chimiquement sur le Ti et le NiTi. qui plus est, une étude biologique est réalisée avec des cellules humaines pour tester la biocompatibilité des ces surfaces fonctionnalisées. La deuxième partie se concentre sur la biocompatibilité de la couche précurseur des FMP à base de polyéthyléneimine (PEI). Les résultats mettent en lumière une certaine cytotoxicité de la PEI envers des ostéoblastes et des fibroblastes gingivaux humain. Pour clore ce travail, nous réalisons des essais de stérilisation afin d'évaluer l'influence d'un tel procédé sur les FMP en terme de caractérisations physico-chimique et biologique des surfaces. La perspective d'une application biomédicale avec les FMP semble prometteuse, notamment en y introduisant des molécules bioactives. Cependant, bien d'autres paramètres sont encore à étudier avant d'envisager une application expérimentale et/ou clinique in vivo. Nous pouvons citer par exemple, le vieillissement des FMP, leur comportement en milieu salivaire ou fluoré, ou encore leur résistance à l'usure. Ces différents éléments rentrent dans les perspectives d'un projet post-doctoral.

L’assemblage couche-par-couche permet de fabriquer des films multimatériaux aux propriétés variées présentant une structure stratifiée. Ce travail décrit les études structurelles des films multicouches de polyélectrolytes à l’aide de mesures de diffusion de neutrons.L’effet du vieillissement des films a été déterminé par réflectométrie des neutrons. Nous avons observé un léger tassement des films après 5 ans et une forte expansion après 15 ans.Nous avons aussi montré que le substrat et l’air en surface ont une influence sur la structure des couches proches des extrémités des films, conduisant à une structure inhomogène perpendiculairement à la surface.Nous avons finalement étudié la conformation des chaînes de polyélectrolytes dans les films multicouches ; nous avons déterminé que les chaînes de PSS dans des films préparés par trempage ont une conformation en pelotes aplaties, contrairement aux chaînes de polyélectrolytes en solution qui présentent une conformation sphérique. / The Layer-by-Layer assembly allows the build-up of multimaterial films with various properties showing a stratified structure. This work describes the structural strudies of multilayer films of polyelectrolytes with neutron scattering measurements.Ageing effect on films was determined by neutron reflectometry. We observed a slight shrink of the films after 5 years and a strong expansion after 15 years.We also showed that the proximity of the substrate and the air at the surface have an influence on the structure of the layers at the extremities of the films, leading to an inhomogeneous structure perpendicularly to the surface.Finally, we studied the conformation of polyelectrolyte chains in the multilayer films ; we determined that PSS chains in dipped films have a flattened coil conformation, whereas the polyelectrolyte chains in solution have a spherical conformation.

La surface d'un matériau est le lieu privilégié des interactions entre le matériau et son environnement. La technique couche-par-couche, qui consiste en un dépôt alterné de polyanions et de polycations, ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine des biomatériaux pour le contrôle de ces interactions. La cohésion des films multicouches de polyélectrolytes est principalement assurée par des interactions électrostatiques mais a été étendue à d'autres forces motrices telles que les interactions hôte-invité. Nos travaux s’articulent autour de deux axes principaux. D’une part, nous nous sommes intéressés aux films multicouches de polymères neutres basés sur des interactions hôte-invité et en particulier à l'influence de la force du complexe d’inclusion b-cyclodextrine/ferrocène sur la topographie de ces films. La force de l’interaction hôte-invité a d’abord été modulée en associant différents invités (l’adamantane, le ferrocène et le pyrène) avec la β-cyclodextrine. La force du complexe b-cyclodextrine/ferrocène a été ensuite modulée par la présence de différents sels de sodium à différentes forces ioniques au cours de la construction du film. Une force d'interaction intermédiaire du complexe semble être nécessaire pour former des films continus, tandis que, si elle est trop faible, la force d'interaction limite la construction du film.D’autre part, motivé par le fait que la prévention des infections microbiennes des dispositifs médicaux implantables constitue un problème médical et financier majeur, nous avons développé de nouveaux revêtements antimicrobiens grâce à la technique couche-par-couche. Des films multicouches à base de polysaccharides contenant la cateslytine, un peptide antimicrobien, permettent l’inhibition en 24h du développement de Candida albicans et Staphylococcus aureus, qui sont des agents pathogènes communs et virulents rencontrés dans les maladies nosocomiales. La libération des peptides antimicrobiens est déclenchée par la dégradation enzymatique du film en présence des agents pathogènes. Le revêtement est ainsi qualifié d’auto-défensif. La non-cytotoxicité du film vis-à-vis des cellules humaines permet une application cliniquement pertinente pour prévenir les infections sur les cathéters. Des dimères à base de cateslytine de différentes longueurs et un dendrimère ont été synthétisés afin d'améliorer l'activité biologique du peptide d'origine, i.e. ses propriétés antimicrobiennes et antiinflammatoires. Afin d’élaborer des films antimicrobiens mécaniquement robustes, le polyuréthane (polymère entrant dans la composition des cathéters) a été fonctionnalisé par une couche de polydopamine qui peut ensuite réagir avec des groupements thiol ou amine, permettant la fixation covalente des films de polysaccharides antimicrobiens réticulés étape par étape. / The surface of a material is the privileged location, where the interactions between the material and its environment take place. In the field of biomaterials, the challenge is to control these interactions. A very versatile coating technique is the layer-by-layer deposition, which consists in the alternated deposition of polyanions and polycations. The cohesion of polyelectrolyte multilayer films is primarily ensured by electrostatic interactions but was extended to other driving forces such as host-guest interactions. Our work was constituted of two main parts.In the first part, the buildup of neutral polymer multilayer films based on host-guest interactions was studied and in particular the influence of β-cyclodextrin/ferrocene interaction strength on the topography of these films. The host-guest interaction strength was first modulated by involving different guests (adamantane, ferrocene and pyrene) in the buildup. Then, β -cyclodextrin/ferrocene interaction strength was tuned by the presence of different types and concentrations of salts during the multilayer buildup. Intermediate interaction strength seems to be required to form continuous films, whereas, if too low, the interaction strength limits the film buildup.In the second part, motivated by the fact that the prevention of pathogen colonization of implantable medical devices constitutes a major medical and financial issue, polyelectrolyte multilayers were used as tools to develop new antimicrobial coatings. Polysaccharide multilayer films containing cateslytin, an antimicrobial peptide, fully inhibited in 24h the development of Candida albicans and Staphylococcus aureus, which are common and virulent pathogens agents encountered in care-associated diseases. The release of the antimicrobial peptides was triggered by the enzymatic degradation of the film due to the pathogens themselves introducing the concept of self-defensive coating. The non-cytotoxicity of the film, towards human cells, highlights a medically relevant application to prevent infections on catheters. Different cateslytin based dimers with various lengths and one dendrimer were synthesized in order to improve the bioactivity of the original peptide, i.e. antimicrobial and anti-inflammatory properties. In order to obtain mechanically robust antimicrobial films, polyurethane (polymer that composes catheters) was functionalized with a polydopamine layer that can further react with thiol or amine groups, allowing the covalent attachment of step-by-step cross-linked antimicrobial polysaccharide films.