Samuel KESTEL de l'institut

Sujet de thèse

Élaboration et Caractérisation de Substituts Osseux Composites pour des Applications en Santé.

Résumé :

Description de la problématique de recherche : Aujourd’hui, la demande en matériaux de comblement osseux est croissante pour le traitement des défauts osseux qui peuvent résulter de traumatismes, d’infection ou de nécroses. Ce traitement nécessite une intervention chirurgicale délicate qui entraine une durée de guérison importante. La méthode standard permettant la régénération osseuse est la greffe d’os autologue qui engendre une deuxième intervention chirurgicale. Les allogreffes et les xénogreffes sont également utilisées mais présentent des risques de transmission d’infection et de maladies. Les substituts osseux d’origine synthétique, qui incorporent des biomatériaux, constituent une alternative prometteuse pour la régénération osseuse. Dans ce projet de thèse, nous allons réaliser par la technique de dépôt électrophorétique (EPD) des substituts osseux composites constitués d’une matrice polymère incorporant des céramiques bioactives en poudre. Ces substituts sont susceptibles, en tout ou partie, de se résorber et d’être remplacés par du tissu osseux à moyen terme. Le principe de L’EPD est basé sur la migration de particules chargées en solution sous l’effet d’un champ électrique. Le polymère sera choisi parmi des biopolyesters comme le poly (acide lactique) (PLA), le polybutylène succinate (PBS), les polyhydroxyalcanoates (PHA) ou encore la polycaprolactone (PCL), reconnus pour leur biocompatibilité et leur résorbabilité. Les céramiques bioactives seront à base d’hydroxyapatite et/ou de verre bioactif 45S5 que nous élaborerons respectivement par précipitation et par la méthode sol-gel associées à un protocole de broyage permettant de contrôler et d’optimiser la taille des particules. L’hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 est le phosphate de calcium dont la composition chimique est la plus proche de celle de la phase minérale de l’os. Le verre bioactif 45S5 est défini par la composition massique en oxydes suivante : SiO2 : 45 %, Na2O : 24,5 %, CaO : 24,5 %, P2O5 : 6 %. Sa mise en contact avec un milieu physiologique conduit à la formation d’une couche d’hydroxyapatite carbonatée analogue à la phase minérale de l’os. La bioactivité de ces matériaux dépend beaucoup de la porosité et de la surface spécifique des poudres. Ces deux paramètres seront particulièrement pris en compte et optimisés lors des procédés d’élaboration. D’autres développements technologiques concernant les deux céramiques bioactives ainsi que l’EPD seront mises en place telles que : * L’utilisation du traitement thermique sous atmosphère contrôlée (flux d’Argon) lors des processus de séchage. * L’élaboration d’un composite hydroxyapatite - verre bioactif 45S5 * Le changement d’échelle au niveau de la technique sol-gel afin d’augmenter la quantité de poudre produite nécessaire à l’élaboration des substituts osseux. * L’adaptation du montage expérimental de l’EPD pour permettre d’y incorporer les biopolymères et de s’adapter à leurs dimensions. Enfin, les divers biomatériaux composites obtenus seront caractérisés du point de vue physico-chimique, structural et mécanique. Des tests de bioactivité et de biocompatibilité pourront également être entrepris afin de mener à son terme ce projet ambitieux et de proposer au domaine biomédical de nouveaux biomatériaux. Ces travaux de recherche seront conduits en collaboration avec des laboratoires au niveau national et international.

Encadrant

Hicham BENHAYOUNE
Sebastien ALIX