Hydroxyapatites dopées au cuivre ou au silicium : analyse du comportement de cellules endothéliales in vitro

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Céramiques phosphocalciques, Substitution ionique (Silicium. Cuivre), Angiogenèse

Mots-clés

Cultures cellulaires,

Cellules endothéliales,

Matériaux céramiques

Les lacunes osseuses de grande taille, survenant en raison d’un traumatisme ou d’une condition pathologique, nécessitent l’utilisation d’un implant, naturel ou synthétique pour obtenir une réparation satisfaisante de l’os. De l’os naturel n’est pas toujours disponible ou son prélèvement n’est pas toujours désirable. Les solutions synthétiques couramment utilisées incluent des céramiques phosphocalciques dont fait partie l’hydroxyapatite de formule Ca10(PO4)6(OH)2. Cette céramique aisée à mettre en forme et biocompatible n’est cependant pas stimulatrice de l’angiogenèse. En raison du manque de vascularisation, les implants poreux en hydroxyapatite ne permettent pas une réparation osseuse satisfaisante pour les défauts de grande taille. De nombreuses études ont été effectuées sur l’incorporation d’éléments chimiques susceptibles d’induire un effet stimulateur de la néoformation tissulaire au sein de l’hydroxyapatite. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation d’hydroxyapatites dopées, élaborées précédemment au laboratoire IRCER. Celles-ci sont de l’hydroxyapatite dopée au silicium (Si0.4HA) de formule Ca10(PO4)5.6(SiO4)0.4(OH)1.6, et deux hydroxyapatites dopées au cuivre de formule Ca10(PO4)6CuIIzCuIyO2H2-2z-y (y ≫ z) où x=y+z et x = 0,1 (Cu0.1HA) ou x = 0,5 (Cu0.5HA). Ces hydroxyapatites dopées, ainsi que l’hydroxyapatite pure servant de référence, ont été mises en forme en tant que pastilles céramiques denses, et caractérisées physico-chimiquement pour pouvoir les comparer dans une série d’expériences biologiques visant à évaluer leurs propriétés angiogéniques et angioconductrices. Ces expériences utilisent les cellules endothéliales murines C166 cultivées jusqu’à 7 jours et démontrent la biocompatibilité des matériaux Si0.4HA et Cu0.1HA. Le matériau Cu0.5HA est cytotoxique à 7 jours en raison de sa plus forte teneur en cuivre. Les matériaux Cu0.1HA et Cu0.5HA possèdent un effet pro-angiogénique dépendant du cuivre. Le matériau Si0.4HA possèderait un faible effet pro-angiogénique par le biais de silicium en solution. Les modèles de culture statique couramment utilisés pour caractériser les biomatériaux ne répliquent toutefois pas avec justesse les conditions in vivo du site d’implantation. Cette limite peut compromettre la représentativité des caractérisations in vitro. Pour améliorer la pertinence des caractérisations biologiques in vitro préalables à des tests in vivo, une partie des travaux de cette thèse a été dédiée à la mise en place d’un modèle de culture in vitro en condition dynamique. Des architectures macroporeuses d’hydroxyapatite ont été mise en forme par micro-extrusion, caractérisées physico-chimiquement, et ensemencées avec des monocultures de C166, de pré-ostéoblastes murins MC3T3-E1 sous-clone 14 ou des cocultures au ratio de deux C166 pour une MC3T3-E1 sous-clone 14. Ces architectures ont été cultivées jusqu’à 3 semaines dans un système de bioréacteur en flux par perfusion. Les caractérisations biologiques issues d’essais préliminaires montrent la présence de cellules se développant activement au sein des architectures et mettent en évidence l’importance de cocultures.