Environ 42% de la mortalité infantile dans le monde résulte des cardiopathies congénitales. Un tiers de ces cardiopathies nécessitent la reconstruction de la voie de sortie du cœur droit par des procédures chirurgicales utilisant des dispositifs inertes sans potentiel de croissance. Par conséquence, des réinterventions, parfois nombreuses, sont nécessaires, avec une importante morbi-mortalité. Le projet européen TEH-TUBE a pour objectif de créer un nouveau dispositif implantable de reconstruction de la voie de sortie du cœur droit, sous la forme d’un tube valvé en polymère biorésorbable biofonctionnalisé, afin de permettre la reconstruction in vivo d’une néo-voie de sortie du cœur droit autologue, vivante et douée d’un potentiel de croissance. Ce projet consiste tout d’abord à sélectionner le meilleur couple polymère/biofonctionnalisation en comparant in vitro et in vivo dans modèle expérimental de petit animal différents polymères et techniques de biofonctionnalisation. Dans l’intervalle, le design du tube valvé sera évalué afin de confectionner un dispositif compétent et continent en position de voie de sortie du cœur droit. Une fois ces deux étapes abouties, le tube valvé produit en fonction du couple polymère/biofonctionnalisation préalablement sélectionné sera testé dans un modèle de gros animal en croissance, i.e. l’agneau, afin d’analyser les capacités de régénération in vivo, de compétence hémodynamique et de potentiel de croissance du dispositif. Afin de mettre en place les protocoles de comparaison des polymères et de la biofonctionnalisation, nous avons sélectionné trois polymères biorésorbables de grade non clinique : un polyuréthane [PU], un polyhydroxyalkanoate (le poly(3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate-co-4-hydroxyvalerate) [PHBVV]), et le polydioxanone [PDO]), ainsi que deux techniques de biofonctionnalisation, par ensemencement de cellules souches de tissu adipeux (adipose-derived stem cells [ADSCs]) ou par greffe peptidique de RGD. Ces polymères ont été testés in vitro (prolifération et viabilités cellulaires d’ADSC ensemencées) et in vivo après la mise en place d’un modèle expérimental de remplacement partiel de veine cave inférieure (VCI) chez 53 rats Wistar (comparaison des trois polymères) et 31 rats imuno-déficients nude (comparaison du meilleur polymère biofonctionnalisé par ADSC ou RGD). Les résultats ont été analysés par cytométrie en flux, test de viabilité cellulaire au MTT, imagerie, histologie, immunohistochimie et ELISA. Le PDO a montré les meilleures propriétés in vitro en termes de viabilité et prolifération cellulaire et a été sélectionné pour l’étape de comparaison des biofonctionnalisation. Six semaines après implantation sur la VCI, les imageries réalisées n’ont pas retrouvé de sténose, de dilatation ou de thrombose au niveau des sites d’implantation des patchs. A trois mois, tous les polymères présentaient une couche continue de cellules endothéliales mais seuls le PDO et le PHBVV présentaient une couche continue de cellules musculaires lisses. Le PU était le siège d’une réaction inflammatoire granulomateuse importante. La comparaison des techniques de biofonctionnalisation par ADSC et RGD n’a pas montré de différence significative, avec une reconstruction de la VCI par un néo-tissu similaire à une paroi de VCI native. Cette première partie a permis non seulement de valider les protocoles in vitro de comparaison des polymères et de mettre au point un modèle animal fiable et reproductible, mais aussi de montrer qu’une biofonctionnalistion peptidique peut être aussi efficace qu’une biofonctionnalisation cellulaire, permettant d’éviter la culture cellulaire et l’ensemencement des dispositifs, potentiellement sources de contamination et de fabrication plus compliquée (...). / Approximately 42% of infant mortality in the world is due to congenital heart diseases (CHD). One third of these CHD require surgical reconstruction of the right ventricular outflow tract (RVOT). Actual available devices for RVOT reconstruction are inerts without growth potential. Therefore, reinterventions are inevitable with a subsequent morbi-mortality.The European TEH TUBE project aims to create a new implantable device for RVOT reconstruction, a bioresorbable polymeric biofunctionnalized valved tube, to allow in vivo reconstruction of a living autologous neo-RVOT with a growth potential. This project aims to select the best polymer/biofunctionnalization couple by comparing in vitro and in vivo in a rat animal model different polymers and biofunctionnalization techniques. In the meantime, the design of the valved tube will be evaluated to produce a competent and continent device for RVOT replacement. Once these two steps will be complete, a valved tube made of the selected polymer/biofunctionnalization couple will be tested in a growing big animal model, i.e. in lambs, to analyse its in vivo regeneration potential, hemodynamic competences and growth potential. Three non-clinical grade bioresorbable polymers : a polyurethane [PU], a polyhydroxyalkanoate (poly(3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate-co-4-hydroxyvalerate) [PHBVV]), and the polydioxanone [PDO]), and two biofunctionnalization techniques, either by cell seeding of adipose-derived stem cells (ADSC) or by peptide grafting (RGD) were selected to implement the experimental protocol. Polymers were tested in vitro (cellular viability and proliferation of seeded ADSC) and in vivo after implementing an experimental model of partial replacement of the inferior vena cava (IVC) in 53 Wistar rats (polymer comparison) and 31 immuno-deficient nude rats (comparison of biofunctionnalization with ADSC or RGD on the selected polymer). Results were analysed using flow cytometry, cellular viability with the MTT test, imaging, histology, immunohistochemistry and ELISA.PDO displayed the best in vitro properties in terms of cellular viability and proliferation and was selected for the biofunctionnalization comparison step. Six weeks after implantation, imaging of the implanted IVC revealed no stenosis, dilatation or thrombosis in the area of patch implantation. At three months, all polymers presented with a continuous layer of endothelial cells but only PDO and PHBVV polymer had a continuous layer of smooth muscle cells. An important inflammatory granulomatous reaction was encountered with the PU. Comparison of biofunctionnalization by either ADSC or RGD failed to detect any significative difference, with an IVC reconstruction similar to the native IVC architecture.This first part did not only allow to validate both in vitro and in vivo experimental protocols, and implement a reproducible animal model, but also allowed to reveal that peptide biofunctionnalization can be as efficient as cellular biofunctionnalization. This will allow us to avoid cell therapy and cell seeding for the device biofunctionnalization, as it can be source of contamination and harder to produce. The methodological tools thus defined were then used for the next step. As to preserve the required confidentiality of the TEH TUBE project, selection criteria of the clinical grade bioresorbable polymers and their exact composition will not be revealed, and the polymers will be anonymized. Ninety Wistar rats underwent a partial replacement of the IVC, and were distributed in 3 polymer groups of 30 animals each : polymer A, polymer B and polymer C. Five rats of each polymer group were sacrificed two weeks after implantation, the other specimen at 3 months after receiving an imaging of the operated IVC by Doppler echography. No significative stenosis or dilatation was found by echographic examination (...).

Dans ce travail, nous avons cherché à mettre en évidence l'influence de la méthode de préparation de films minces de polymère pour la biofonctionnalisation de surfaces planes. Dans un premier temps, un polymère réactif, le poly(méthacrylate de glycidyle) p(GMA) a été choisi et sa capacité de fixation vis-à-vis d'une biomolécule modèle l'albumine de sérum bovin a été étudiée. Deux stratégies principales de préparation du film polymère ont été utilisées : la technique du grafting onto et celle du grafting from avec deux voies de synthèse : la polymérisation radicalaire classique (PRC) avec l'amorceur en solution et la polymérisation initiée à partir de la surface avec un amorceur photochimique. Il a été montré que la méthode du « grafting from » permettait l'obtention de films d'épaisseur plus élevées que la technique du « grafting onto » avec une meilleure capacité de fixation de biomolécules de BSA. Ces films de p(GMA) se sont révélés relativement hydrophobes, ce qui nous incités à analyser l'influence de la balance hydrophobe/hydrophile des interfaces sur leurs propriétés, dans un second temps. Par la préparation de films copolymères poly(GMA-co-acrylamide) et poly(GMA-co-méthacrylate de glycérol) et la modification des films de poly(GMA) par de l'éthanolamine, l'influence de l'hydrophilie du film sur la capacité de fixation en molécules de BSA et l'activité de reconnaissance moléculaire de celles-ci ont été évaluées. Il a été démontré que par un choix judicieux de la méthode d'hydrophilisation du film polymère, il est possible de réduire considérablement l'adsorption non-spécifique de biomolécules d'où l'obtention de films polymères bioinertes. De plus, les résultats préliminaires ont montré qu'il est possible d'améliorer sensiblement la capacité de reconnaissance moléculaire entre la BSA et son anticorps l'anti-BSA / It is now well accepted that polymeric spacers permit to attach proteins to surfaces efficiently as they carry several binding sites. Moreover, direct attachment of proteins to surfaces might result in the decrease of bioactivity which is critical in the case of the development of biosensors. In this context, we modified gold substrates by polymer grafts via the so-called (i) grafting onto and (ii) grafting from strategies. In (i) preformed polymer chains were attached to the surface, whilst in (ii) surface-confined photopolymerization was performed on either acrylic monomer- or initiator-functionalized gold substrates. The polymer grafts were further biofunctionalized by covalent immobilization of an active protein (bovine serum albumin, BSA). Given the protein-polymer and polymer-gold covalent bonds, the gold/polymer/BSA hybrids permitted to design robust optical biosensors. The modified gold substrates were characterized in terms of chemical composition (X-ray photoelectron spectroscopy), hydrophobicity (contact angle measurements), and polymer coating thickness (surface plasmon resonance, SPR). SPR was also used to monitor in real time the interaction between the grafted antigen to the specific antibody (aBSA). Using unique reactive monomer, glycidyl methacrylate (GMA) in the present case, the implementation of these three methods is assumed to provide polymer films of similar chemical composition but varied interfacial chains conformation. In this respect, influence of polymer chains mobility on the performance of the immunosensing reaction was evaluated. In a further step, hydrophobic/hydrophilic balance of the polymer films was modulated through copolymerization of GMA with acrylamide, and with glycerol methacrylate. It was demonstrated that control over the surface chemical composition of the polymer grafts allows preparing bioinert films, i.e. resistant to non specific adsorption, with enhanced biospecific activity

Afin de répondre à une demande toujours croissante en capteurs, des systèmes de mesures optiques permettant la détection de récepteurs naturels ou synthétiques sur des substrats inorganiques ont été élaborés. Par résonance des plasmons de surface (RPS), nous avons montré que des films minces à base de copolymères de N-(acryloxysuccinimide) et de dérivés acrylates de poly (éthylène glycol) ou qu'un film mince de polyglycidol présentaient une résistance accrue à l'adsorption non-spécifique des protéines et qu'ils permettaient un greffage covalent de biomolécules par l'intermédiaire de leurs groupements réactifs respectifs. Un nouveau capteur basé sur la technologie des réseaux de Bragg en angle gravés sur une fibre optique a ensuite été développé et caractérisé grâce à l'emploi de films multicouches présentant des propriétés sélectives et réversibles de reconnaissance par formation de complexes d'inclusion entre des polymères de cyclodextrine et des dérivés de l'adamantane. A partir de cette fibre optique, il a aussi été possible de suivre en temps réel les transition de conformation interfaciale de chaînes de poly (acide acrylique) immobilisée de façon covalente au support en fonction du pH. Pour les deux approches, multicouche et covalente, des biocapteurs pour la détection de l'albumine de sérum bovin (BSA) ont été réalisés. De plus, les propriétés d'inclusion des cyclodextrines ont aussi été mises à profit pour complexer des petites molécules hydrophobes telles que le toluène pour élaborer un capteur chimique. Enfin, afin d'éviter l'utilisation d'un matériel biologique, des polymères à empreinte moléculaire (MIP) ont aussi été développés. La sélectivité, la spécificité et la sensibilité des films minces envers la molécule cible d'acide gallique, ont été évaluées par voltammétrie cyclique. Les résultats obtenus permettent d'affirmer que ces polymères se comportent comme de véritables récepteurs artificiels / To answer to an always increasing request in sensors, optical measurement systems allowing the detection of natural or synthetic receptors on inorganic substrates were elaborated. By Plasmon Surface Resonance (SPR), we showed that thin films constituted with copolymers of N-(acryloxysuccinimide) and poly (ethylene glycol) acrylates derivatives or that a thin film of polyglycidol presented a strong resistance in non-specific protein adsorption and that they allowed a covalent grafting of biomolecules through their respective reagent groupings. A new sensor, a tilted fiber Bragg gratings was then developed and characterized by using multilayers films presenting selective and reversible properties of recognition by forming inclusion complexes between polymers of cyclodextrine and adamantine derivatives. From this optical fiber, it was also possible to follow in real time interfacial conformation transition, according to the pH, of poly(acrylic acid) chains immobilized covalently on the substrate. For both approaches, biosensors for the detection of bovin serum albumin (BSA) were realized. Furthermore, the inclusion properties of cyclodextrine compounds allowed also the complexation of small hydrophobic molecules such as toluene, which forming chemical sensors. Finally, to avoid the use of a biological material, molecular imprinted polymers (MIP) were also developed. Their selectivity, specificity and sensibility toward gallic acid, the target molecule, were estimated by cyclic voltammetry. The results confirm that these polymers can be considered as artificial receptors