Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de performance de matrices phosphocalciques pour une application de dépollution d'effluents liquides. L'objectif à terme est de valoriser des déchets industriels riches en carbonate de calcium en matériaux pour des applications environnementales. Les matrices phosphocalciques ont été préparées à partir de matières premières pures afin de mieux comprendre les processus d'interactions avec les polluants. Ces matrices ont ensuite été évaluées dans le traitement d'effluents liquides synthétiques contenant du zinc ou du catéchol comme substances modèles. La matrice phosphocalcique sous forme de poudre a démontrée une capacité de rétention de zinc élevée, de l'ordre de 140 mgZn/gCa-HA. Sous forme de gel fraîchement synthétisé, cette matrice a été trouvée près de deux fois plus active dans des conditions expérimentales similaires. L'étude environnementale sur ces matrices récupérées à l'issue de la sorption du zinc, a été envisagée via le test de capacité de neutralisation acido-basique (CNAB). Un traitement thermique à une température inférieure à 600°C est suffisant pour stabiliser le zinc et donc limiter sa disponibilité. A l'inverse de leurs performances dans la fixation des métaux, les matrices phosphocalciques ont montré des réactivités relativement faibles vis à vis du catéchol (15 mgC/gCa-HA). Le pH a été trouvé comme étant un paramètre déterminant pour la fixation du catéchol. La fixation, voire dégradation, du catéchol peut être favorable en présence d'ions calciques et zinciques au sein du milieu réactionnel. La capacité d'interaction peut augmenter selon la combinaison métal-ligand. Les possibilités de fixation des polluants organiques restent encore à approfondir compte tenu de leurs extrêmes diversités. / This work investigates the efficiency of calcium phosphate matrices in the treatment of liquid effluents. It has ambition to valorize solid wastes rich in calcium carbonate for environmental purposes. Calcium phosphate matrices were synthesized from pure raw materials to better understand their interactions with pollutant molecules. These matrices were then evaluated in the treatment of liquid effluents containing zinc or catechol as model compounds. Calcium phosphate matrix in powder form presented a high retention capacity for zinc (140 mgZn/gCA-HA). By using calcium phosphate gels freshly synthesized, the sorption capacity increased nearly twice. The acid-base neutralizing capacity (CNAB) was measured in order to evaluate the environmental impact of the matrices recovered after zinc sorption. A thermal treatment below 600°C allows the stabilization of zinc and thus limiting its availability. In contrast to their performances in metal retention, calcium phosphate matrices showed low reactivity for the removal of catechol (15 mgC/gCA-HA). The pH influenced strongly the sorption process. The presence of calcium or zinc ions in the reaction medium may be favourable for the retention and/or degradation of catechol. The affinity may increase according to the metal-ligand combination. It is also interesting to investigate the performance of calcium phosphate matrices for the treatment of other organicpollutants taking into account their large diversity.

L’ostéoporose est définie par une diminution de la masse osseuse et une altération de la structure osseuse. L’évaluation de l’architecture de l’os trabéculaire vertébral est un des enjeux majeurs de recherche actuels visant à la caractérisation des modifications du tissu osseux liées au vieillissement. Par ailleurs, le traitement de la fracture vertébrale ostéoporotique par vertébroplastie a démontré son efficacité. Le ciment actuel utilisé pour la vertébroplastie est le polyméthylméthacrylate. Ce ciment est efficace pour stabiliser la vertèbre et diminuer la douleur mais il existe une toxicité pour les tissus mous avoisinant, notamment la moelle en cas de fuite, et des inquiétudes quant au risque de fracture des vertèbres adjacentes. De nouveaux ciments biointégrables du type ciments phosphocalciques supplémentés en bisphosphonates pourraient avoir leur place à l’avenir dans le traitement des vertèbres.Notre travail de thèse s’est inscrit dans un projet pluridisciplinaire de recherche sur les altérations de la structure de l’os trabéculaire vertébral, reposant sur une analyse en imagerie médicale et une étude biomécanique, et sur le développement d’un nouveau ciment phosphocalcique supplémenté en bisphosphonates.L’ensemble de nos résultats pourra nous permettre :-D’améliorer la prédiction du risque de fracture vertébrale ostéoporotique-D’optimiser les nouveaux ciments biointégrables / The current definition of osteoporosis is a low bone mass associated with a microarchitecture deterioration. Vertebral trabecular bone microarchitecture assessment is an important research topic aiming at the characterization of the modifications of the bone tissue bound to ageing. On the other hand, the vertebral fracture treatment by vertebroplasty is known to be effective. Currently the cement used in vertebroplasty is the polymethylmetacrylate (PMMA). This cement stabilizes the vertebral fracture and decreases the pain, but there are a toxicity for nearby soft tissues, in particular spinal marrow in case of leakage, and concerns as for the risk of fracture of the neighboring vertebrae. In the future, new biointegrable calcium phosphate cement supplemented in bisphosphonate could be used in the vertrebrae treatment.Our work was based on a multidisciplinary project which aimed firstly at evaluating trabecular vertebral bone microarchitecture using medical imaging and biomechanical testing in this crucial anatomical region, secondly at developing a new calcium phosphate cement supplemented in bisphosphonate. Our results may lead to:- improve the fracture risk prediction in osteoporotic vertebra- improve the new biointegrable cements

On estime que des calcifications vasculaires (CVs) sont présentes chez 60% des patients avec insuffisance rénale terminale (IRT) et que ces CVs contribuent à l’augmentation de la maladie cardiovasculaire chez ces patients. La maladie cardiovasculaire est la première cause de mortalité chez les patients en IRT. La transplantation rénale est le traitement de choix en IRT mais peut être contre-indiquée pour des raisons chirurgicales liées au CVs ou en raison d’un risque de complications cardiovasculaires postopératoires trop élevé associé à la présence de CVs sévères. Il est donc primordial de déterminer quels facteurs sont associés à la présence de CVs qui rendraient le patient non-éligible pour une greffe rénale. En particulier il serait intéressant de vérifier si un produit phosphocalcique élevé est un facteur de risque de non-éligibilité pour une greffe rénale en raison de CVs. L’étude actuelle utilise la base de données de transplantation du CHUM. C’est une étude de type cas-témoins avec une cohorte de 1472 patients de 1992 à 2009. Les cas sont les patients jugés non-éligibles pour une transplantation rénale en raison de la présence de CVs sévères. Les contrôles sont les patients jugés éligibles: 80 cas et 80 contrôles ont été inclus. Les facteurs de risque qui ont été identifiés pour la non-éligibilité en raison de CVs sont le diabète (adjusted Odds Ratio (OR): 5.55 (1.98 - 15.59)), l’âge (OR: 1.14 (1.09 – 1.2)), le tabagisme (OR: 9.51 (2.55 – 35.51)) et la dialyse (OR: 6.83 (2.33 – 20.05)). La durée de la dialyse a aussi été identifiée comme facteur de risque (OR : 8.61 (2.34-31.68) pour une durée de dialyse de 8 mois et plus, OR : 4.57 (1.42-14.65) pour une durée de dialyse de 1 à 7 mois. Bien que significatif en univarié, le produit phosphocalcique n’a pas été identifié comme facteur de risque significatif dans les analyses multivariées. En conclusion, cette étude montre que le produit phosphocalcique pourrait être un marqueur d’une insuffisance rénale prolongée et moins bien contrôlée plutôt qu’un facteur de risque de calcifications rendant le patient non-éligible à la greffe. De plus cette étude met de l’emphase sur la notion qu’il est primordial 1) de référer précocement les patients à haut risque de CVs vers un centre de transplantation pour une évaluation et 2) de prendre en charge agressivement l’arrêt du tabac chez tous les patients qui sont potentiellement éligibles pour une transplantation. / Background: Vascular calcifications (VCs) are observed in 60% of patients with end-stage renal disease (ESRD) and are thought to increase the risk of cardiovascular disease and mortality. The purpose of this study was to identify the risk factors associated with VCs preventing the eligibility for a kidney transplant (KTx). Methods: We conducted a case control study in a cohort of 1472 adults evaluated for KTx from 1992 to 2009. Cases were defined as patients who were refused for KTx because of severe VCs and controls as patients who were accepted for KTx. Results: The study included 80 cases and 80 controls. In multivariate models, the strongest risk factors for VCs preventing eligibility for KTx were diabetes (adjusted Odds Ratio (OR): 5.55 (1.98 - 15.59)), age (OR: 1.14 (1.09 – 1.2)), smoking (OR: 9.51 (2.55 – 35.51)) and dialysis (OR: 6.83 (2.33 – 20.05)). Although significant in univariate analyses, the phosphocalcic product (CaxP) was not a significant predictor in multivariate models. Conclusion: This study suggests that the CaxP could be a marker of prolonged ESRD rather than a risk factor of VCs preventing eligibility for KTx and emphasizes the importance of early referral for transplantation and aggressive smoking cessation management for all patients with ESRD.

La technique des membranes induites par un conformateur en polymethylmethacrylate (PMMA) et greffe d’os spongieux autologue a été décrite par Masquelet pour la régénération des pertes de substance osseuse segmentaire des os longs. Cette technique en deux temps pourrait avantageusement être utilisée pour la reconstruction des pertes de substances osseuses segmentaires mandibulaires en cancérologie en cas d’échec ou de contre-indication des greffes osseuse revascularisées. Le premier objectif de ce travail était d’évaluer les propriétés histologiques et biologiques des membranes induites par un conformateur en PMMA avec radiothérapie, et de les comparer avec celles induites par un conformateur en silicone. Ce matériau plus souple que le PMMA a été choisi comme alternative au PMMA dans le but de faciliter l’ablation du conformateur. Les membranes induites par le PMMA ou le silicone en sous-cutané chez des rats Wistar avaient une structure histologique et des propriétés biologiques comparables mais les résultats étaient plus stables pour les membranes induites par le silicone. Le second objectif de ce travail était de proposer un procédé d’ingénierie tissulaire en alternative à la greffe d’os spongieux autologue. La néoformation osseuse au sein d’une membrane induite par un conformateur en silicone avec greffe de différentes combinaisons de céramique phosphocalcique biphasique macroporeuse (MBCP+™), de moelle osseuse totale, de simvastatine et de rhBMP-2 a été évaluée chez des rats Wistar en sous-cutané puis en site osseux fémoral. Les résultats n’ont pas permis de montrer de néoformation osseuse significative dans les groupes avec simvastatine. Par contre, une néoformation osseuse significative a été montrée dans les groupes avec rhBMP-2, avec ou sans radiothérapie. Un effet substantiel de l’adjonction de moelle osseuse totale a également été retrouvé. / Induced membrane technique with a polymethylmethacrylate (PMMA) spacer and autologous cancellous bone graft has been proposed by doctor Masquelet for segmental long bone reconstruction. This two stage technique could be proposed for segmental mandibular bone reconstruction in oncological situations in case of failure or contraindication of revascularized autologous bone graft. The first objective of this study was to evaluate the histological and biological properties of membranes induced by PMMA with radiotherapy, and to compare them to membranes induced by silicone. This material smoother than PMMA has been chosen to facilitate spacer removal. Membranes induced by both materials in subcutaneous models in rats had similar histological and biological properties, but membranes induced by silicone were less affected by radiotherapy. The second objective of this study was to propose a tissue engineering procedure as an alternative to autologous bone graft. The new bone formation inside silicone induced membranes has been analyzed after implantation of different combinations of macroporous biphasic phosphocalcic ceramic (MBCP+™), total bone marrow, simvastatine and rhBMP-2 in subcutaneous and femoral osseous models in rats. No significant new bone formation has been demonstrated in simvastatin groups. However, a significant new bone formation has been demonstrated in rhBMP-2 groups, with or without radiotherapy. An increased new bone formation has also been demonstrated with total bone marrow.

On estime que des calcifications vasculaires (CVs) sont présentes chez 60% des patients avec insuffisance rénale terminale (IRT) et que ces CVs contribuent à l’augmentation de la maladie cardiovasculaire chez ces patients. La maladie cardiovasculaire est la première cause de mortalité chez les patients en IRT. La transplantation rénale est le traitement de choix en IRT mais peut être contre-indiquée pour des raisons chirurgicales liées au CVs ou en raison d’un risque de complications cardiovasculaires postopératoires trop élevé associé à la présence de CVs sévères. Il est donc primordial de déterminer quels facteurs sont associés à la présence de CVs qui rendraient le patient non-éligible pour une greffe rénale. En particulier il serait intéressant de vérifier si un produit phosphocalcique élevé est un facteur de risque de non-éligibilité pour une greffe rénale en raison de CVs. L’étude actuelle utilise la base de données de transplantation du CHUM. C’est une étude de type cas-témoins avec une cohorte de 1472 patients de 1992 à 2009. Les cas sont les patients jugés non-éligibles pour une transplantation rénale en raison de la présence de CVs sévères. Les contrôles sont les patients jugés éligibles: 80 cas et 80 contrôles ont été inclus. Les facteurs de risque qui ont été identifiés pour la non-éligibilité en raison de CVs sont le diabète (adjusted Odds Ratio (OR): 5.55 (1.98 - 15.59)), l’âge (OR: 1.14 (1.09 – 1.2)), le tabagisme (OR: 9.51 (2.55 – 35.51)) et la dialyse (OR: 6.83 (2.33 – 20.05)). La durée de la dialyse a aussi été identifiée comme facteur de risque (OR : 8.61 (2.34-31.68) pour une durée de dialyse de 8 mois et plus, OR : 4.57 (1.42-14.65) pour une durée de dialyse de 1 à 7 mois. Bien que significatif en univarié, le produit phosphocalcique n’a pas été identifié comme facteur de risque significatif dans les analyses multivariées. En conclusion, cette étude montre que le produit phosphocalcique pourrait être un marqueur d’une insuffisance rénale prolongée et moins bien contrôlée plutôt qu’un facteur de risque de calcifications rendant le patient non-éligible à la greffe. De plus cette étude met de l’emphase sur la notion qu’il est primordial 1) de référer précocement les patients à haut risque de CVs vers un centre de transplantation pour une évaluation et 2) de prendre en charge agressivement l’arrêt du tabac chez tous les patients qui sont potentiellement éligibles pour une transplantation. / Background: Vascular calcifications (VCs) are observed in 60% of patients with end-stage renal disease (ESRD) and are thought to increase the risk of cardiovascular disease and mortality. The purpose of this study was to identify the risk factors associated with VCs preventing the eligibility for a kidney transplant (KTx). Methods: We conducted a case control study in a cohort of 1472 adults evaluated for KTx from 1992 to 2009. Cases were defined as patients who were refused for KTx because of severe VCs and controls as patients who were accepted for KTx. Results: The study included 80 cases and 80 controls. In multivariate models, the strongest risk factors for VCs preventing eligibility for KTx were diabetes (adjusted Odds Ratio (OR): 5.55 (1.98 - 15.59)), age (OR: 1.14 (1.09 – 1.2)), smoking (OR: 9.51 (2.55 – 35.51)) and dialysis (OR: 6.83 (2.33 – 20.05)). Although significant in univariate analyses, the phosphocalcic product (CaxP) was not a significant predictor in multivariate models. Conclusion: This study suggests that the CaxP could be a marker of prolonged ESRD rather than a risk factor of VCs preventing eligibility for KTx and emphasizes the importance of early referral for transplantation and aggressive smoking cessation management for all patients with ESRD.

Cette thèse transdisciplinaire réalisée en collaboration avec le laboratoire SPCTS (Sciences des Procédés Céramiques et Traitement de Surface) et l’EA 3842 (Homéostasie cellulaire et pathologies) de l’université de Limoges est un projet de recherche à l’interface entre la biologie et la chimie et a été consacrée à l’étude de l’influence des propriétés physico-chimiques de biocéramiques de phosphate de calcium sur leur comportement biologique in vitro.L’exploration des processus d’interaction entre matériaux et cellules reste une problématique scientifique de premier plan tant d’un point de vue fondamental qu’appliqué pour la mise au point de biomatériaux performants. L’objectif final est d’optimiser l’efficacité thérapeutique des céramiques phosphocalciques comme matériaux de substitution pour la régénération osseuse. La première partie de la thèse est une revue bibliographique générale présentant la problématique actuelle abordée en lien avec les besoins cliniques et les limitations des études actuelles. Les connaissances sur la biologie du tissu osseux sain ainsi que les aspects de régulation du processus de remodelage osseux ont également été abordés dans ce chapitre. Ce chapitre se termine par une synthèse bibliographique sur les biomatériaux et la régénération osseuse. Le chapitre 2 est relatif à la synthèse puis à la caractérisation physico-chimique des matériaux céramiques. Des céramiques de trois compositions chimiques : HA (hydroxyapatite : Ca10(PO4)6(OH)2 , SiHA (hydroxyapatite silicatée : Ca10(PO4)5,6(SiO4)0,42(OH)1,6 et CHA (hydroxyapatite carbonatée : Ca9,5(PO4)5,5(CO3)0,48(OH)1,08(CO3)0,23 , chacune avec deux microstructures différentes : dense ou poreuse, ont été élaborées et rigoureusement caractérisées (porosité, topographie de surface, mouillabilité, potentiel zêta, taille des grains, distribution et taille des pores, surface spécifique). Le chapitre 3 décrit l’approche expérimentale employée pour l’évaluation biologique des interactions matériaux/cellules explorées dans ce travail. Les analyses biologiques ont été réalisées avec deux lignées cellulaires différentes. La lignée cellulaire pré-ostéoblastique MC3T3-E1 et la lignée cellulaire de monocytes/macrophages, précurseurs des ostéoclastes RAW 264.7, (très importantes pour les aspects osseux, mais moins souvent explorées que les lignées ostéoblastiques dans la littérature). Enfin, le chapitre 4 reporte et commente les résultats biologiques obtenus dans ce travail. Tous les biomatériaux évalués dans cette étude sont biocompatibles, néanmoins, le biomatériau poreux CHA s’est avéré le plus prometteur des six variantes de biomatériaux testés. / This transdisciplinary thesis, carried out in collaboration with the SPCTS laboratory (sciences of ceramic processes and surface treatment) and EA 3842 (Cellular homoeostasis and pathologies) of the University of Limoges, is a research project at the interface between biology and chemistry and was devoted to the study of the influence of the physico-chemical properties of calcium phosphate bioceramics on their biological behavior in vitro.The exploration of the processes of interaction between materials and cells remains a major scientific issue, both from a fundamental and applied point of view for the development of highperformance biomaterials. The ultimate objective is to optimize the therapeutic efficiency of phosphocalcic ceramics as substitute materials for bone regeneration.The first part of the thesis is a general bibliographic review presenting the current issues tackled with the clinical needs and limitations of current studies. Knowledge of the biology of healthy bone tissue as well as the regulatory aspects of the bone remodeling process was also discussed in this chapter. It includes also a bibliographic overview of biomaterials and bone regeneration.Chapter 2 relates to the synthesis and the physico-chemical characterization of ceramic materials. HA (hydroxyapatite: Ca10 (PO4) 6 (OH) 2, SiHA (silicated hydroxyapatite: Ca10 (PO4) 5.6 (SiO4) 0.42 (OH) 1.6 and CHA (carbonated hydroxyapatite: Ca9.5 (PO4) 5.5 (CO3) 0.48 (OH) 1.08 (CO3) 0.23, ceramics each with two different microstructures : dense or porous, have been elaborated and thoroughly characterized (porosity, surface topography, wettability, zeta potential, grain size, pore size and distribution, specific surface area). Chapter 3 describes the experimental approach used for the biological evaluation of the interactions between materials and cells. Biological analyzes were performed with two different cell lines. The pre-osteoblastic MC3T3-E1 cell line and the RAW 264.7cell line of monocytes / macrophages, precursors of the steoclasts, (very important for the bone aspects, but less often explored than the osteoblastic lines in the literature). Finally, Chapter 4 reports and comments on the biological results obtained in this work. All biomaterials evaluated are biocompatible, nevertheless, the porous CHA biomaterial was the most promising of the six variants of biomaterials tested.