Les prothèses intraosseuses transcutanées pour amputations (ITAP) représentent une alternative prometteuse par rapport aux prothèses orthopédiques actuellement utilisées en clinique puisqu’elles pourraient diminuer, entre autres, la douleur et l’inconfort chez les patients. Cependant, l’infection, surtout à l’interface implant /peau, reste une complication importante dans ce type de chirurgie orthopédique. Le but de ce projet de recherche est donc de limiter les infections sur une prothèse en alliage de titane (Ti6Al4V ELI).Deux approches ont été établies. La première consiste à promouvoir l’adhésion des cellules de la peau par les peptides d’adhésion KRGDS et KYIGSR, ce qui permettrait de sceller la partie de l’implant qui sort de l’os et ainsi limiter les infections et la deuxième à agir directement sur les bactéries en les éliminant, par le peptide antimicrobien, Magainine 2 (Mag 2).Pour ce travail de thèse, les deux peptides d’adhésion, soit KRGDS et KYIGSR et le peptide antimicrobien, Mag 2, ont été greffés de façon covalente et stable via les bras d’ancrage phosphonates et dopamine à la surface du matériau Ti6Al4V ELI. La caractérisation physico-chimique de ces surfaces a permis de valider le greffage covalent et stable de ces peptides. Des tests cellulaires et bactériens ont été effectués sur les surfaces Ti6Al4V ELI brutes et fonctionnalisées par les différents peptides. Pour les tests cellulaires, il y aune bonne adhésion et prolifération cellulaire des fibroblastes dermiques pour les 4types de matériaux Ti6Al4V ELI. Par contre, la viabilité cellulaire est améliorée pour les échantillons avec peptides greffés, surtout KRGDS et Mag 2. D’autant plus, l’attachement dermique est nettement meilleur sur les surfaces fonctionnalisées par Mag 2 également. Concernant les tests de microbiologie, les résultats obtenus avec les bactéries Staphylococcus epidermidis ATCC-12228 montrent un léger effet antibactérien de la Mag 2 greffée sur la surface Ti6Al4V ELI. Dans le cadre de ce projet, la fonctionnalisation de surface par le peptide antimicrobien Mag 2 est la meilleure alternative pour limiter les infections sur les matériaux Ti6Al4V ELI. / Intraosseous Transcutaneous Amputation Prostheses (ITAPs) represent apromising alternative to orthopedic prostheses currently used in the clinic since they could reduce, among other things, pain and discomfort in patients. However, infection, especially at the implant / skin interface, remains a significant complicationin this type of orthopedic surgery. The aim of this research project is therefore to limit infections on a titanium alloy prosthesis (Ti6Al4V ELI). Two approaches have been established. The first is to promote the adhesion of skin cells by using the KRGDS and KYIGSR peptides, which would seal the part of the implant that comes out of the bone and thus limit infections and the second to act directly on bacteria by eliminating them, by using the antimicrobial peptide, Mag 2. For this thesis work, the two adhesion peptides, either KRGDS or KYIGSR and the antimicrobial peptide, Mag 2, were covalently grafted via the phosphonate and dopamine anchor arms to the surface of the Ti6Al4V ELI material. The physico-chemical characterization of these surfaces made it possible to validate the covalent and stable grafting of these peptides. Cellular and bacterial tests were carried out on bare Ti6Al4V ELI surfaces and functionalized by the various peptides. For cellular assays, there is good celladhesion and proliferation of dermal fibroblasts on the 4 types of Ti6Al4V ELI samples. In contrast, cell viability is improved for samples with grafted peptides,especially KRGDS and Mag 2. Moreover, dermal attachment is significantly betteron surfaces functionalized by Mag 2 as well. Regarding microbiology tests, the results obtained with Staphylococcus epidermidis ATCC12228 bacteria show a slight antibacterial effect of Mag 2 grafted onto the Ti6Al4V ELI surface. Within the framework of this project, the surface functionalization by the antimicrobial peptide Mag 2 is the best alternative to limit infections on Ti6Al4V ELI materials

L'objectif global de cette étude est de fonctionnaliser les surfaces d'alliage de titane Ti6Al4V ELI (Ti) par des molécules bioactives dans le but de prévenir les infections sur une prothèse d'amputation transcutanée intra-osseuse (ITAP). Dans cette optique, deux stratégies ont été élaborées : l'une pour promouvoir l'attachement des cellules de la peau autour de l'implant et l'autre pour prévenir l'adhésion bactérienne à l'interface matériau-tissu. En premier lieu, la surface de Ti a été modifiée par la fibronectine (Fn), une glycoprotéine d'adhésion présente dans la matrice extracellulaire (MEC), qui favorise l'adhésion cellulaire. La Fn a été adsorbée ou greffée sur la surface de Ti. Deux bras d'ancrage différents ont été employés afin de greffer la Fn, soit la dopamine/l'anhydride glutarique (TiDopGA[indice g]Fn) et les phosphonates (TiPhos[indice g]Fn). Ces dernières conduisent à des groupes terminaux d'acide carboxylique sur le substrat, permettant le greffage covalent avec les groupements fonctionnels (NH₂) de la Fn. Le succès de chaque étape de modification a été vérifié par XPS et angle de contact. La quantité de protéine et la disponibilité des sites d'adhésion RGD (arginine-glycine-acide aspartique) de la Fn adsorbée ou greffée sur chacun des bras d'ancrage ont été évaluées par ELISA. L'effet des surfaces modifiées avec la Fn a été évalué sur la prolifération et l'étalement des fibroblastes d'une part et sur la force d'attachement des feuillets dermiques d'autre part. La Fn greffée via les phosphonates a une plus grande bioactivité et une meilleure activité biologique que celle greffée via la dopamine/l'anhydride glutarique ou lorsqu'elle a été adsorbée. La force d'arrachement des feuillets dermiques était significativement plus élevée autour des surfaces greffées de Fn via les phosphonates, par rapport aux surfaces non traitées. Par conséquent, cette étude met en évidence l'importance d'une sélection appropriée du bras d'ancrage pour contrôler étroitement les interactions cellulaires à l'interface tissu/implant. Le second volet de ce projet repose sur la fonctionnalisation de la surface de Ti par la vancomycine (Vanc), une glycopeptide ayant des propriétés antibactériennes. La Vanc a été greffée de façon covalente via les phosphonates (TiPhos[indice g]Vanc) selon une méthodologie similaire à celle utilisée pour greffer la Fn. Le greffage et la stabilité de la Vanc ont été confirmés par XPS et angle de contact. La surface modifiée par la Vanc permet de réduire l'adhésion des bactéries Staphylococcus epidermidis, bactéries responsables de la majorité des cas d'infections cutanées pour les implants percutanés, comparativement à la surface de Ti non traitée. Ces résultats soutiennent l'effet antibactérien des surfaces de Ti lorsqu'elles sont fonctionnalisées par la Vanc de façon covalente. / The overall goal of this study is to functionalize titanium alloys materials (Ti6Al4V ELI) using biomolecules in order to prevent infections on Intraosseous Transcutaneous Amputation Prosthesis (ITAP). In this context, two strategies have been developed: one to promote attachment of skin cells around the implant and the other to reduce bacterial adhesion at the material-tissue interface. First of all, the Ti6Al4V ELI was modified by fibronectin (Fn), an adhesion glycoprotein found in most extracellular matrices, which promotes cell recognition and adhesion. Fn was adsorbed or grafted onto the surface of Ti6Al4V ELI. Two different linkers were used to graft the Fn, dopamine/glutaric anhydride (TiDopGA[subscript g]) and phosphonate (TiPhos[subscript g]). The linking arms lead to terminal carboxylic acid groups on the substrate, allowing covalent grafting with the amine functions of Fn. The success of each modification step was assessed by XPS and contact angle. The quantity of protein and the availability of RGD adhesion sites of the Fn adsorbed or grafted via the two investigated linking arms were evaluated by ELISA. The effect of the Fn-modified surfaces was evaluated on the proliferation and spreading of fibroblast cells and on the attachment strength of the dermal layers. It has been evidenced that Fn grafted via phosphonates has a greater bioactivity and a better biological activity than Fn grafted via dopamine/glutaric anhydride or when adsorbed. The peeling force of the dermal layers was also significantly higher around surfaces grafted with Fn via phosphonates, compared to untreated surfaces. Therefore, this study highlights the importance of appropriate selection of the anchor arm to closely control cellular interactions at the tissue/implant interface. The second part of this study is based on the functionalization of the Ti6Al4V ELI surface by vancomycin (Vanc), a glycopeptide with antibacterial properties. Vanc was covalently grafted via phosphonate (TiPhos[subscript g]Vanc) using a similar methodology to that used to graft Fn. The grafting and stability of the Vanc was confirmed by XPS and contact angle. The Vanc-modified surface reduces the adhesion of Staphylococcus epidermidis bacteria, the bacterium responsible for the majority of skin infections in percutaneous implants, compared to the surface of untreated Ti6Al4V ELI. These results confirm the antibacterial effect of the Ti6Al4V ELI surfaces when covalently functionalized by the Vanc.