Retentissement systémique et toxicité du relargage des particules métalliques par les Dispositifs Médicaux Implantables. Études in vitro et in vivo - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Systemic impact and toxicity of metal particles release from Implantable Medical Devices. In vitro and in vivo studies

Retentissement systémique et toxicité du relargage des particules métalliques par les Dispositifs Médicaux Implantables. Études in vitro et in vivo

Résumé

In case of wear or rupture of the prosthesis, metallic particles are released into the peri-prosthetic environment, causing local toxicity. These particles can also migrate within the body, in the circulating blood and accumulate in organs, responsible for a systemic toxicity. The objective of this work was to evaluate the toxicity and systemic impact of trace element (TE) release from orthopedic implants. A method for the simultaneous determination of 38 TE by ICP-HRMS was developed and validated in blood, urine, hair and human tissues after total mineralization by microwave. In vivo, this method was applied to different matrices (blood, urine, hair, tissue, synovium, viscera) of a prosthesis-wearing population and a healthy population, representative of the Ile-de-France population, in order to produce reference values for TE. The metal concentrations found in prosthesis wearers, even functional ones, were in favor of a release of ET in the peri-prosthetic environment, then passing into the circulation and accumulating in certain organs such as the heart and the lungs. Prosthesis-induced inflammation was also assessed by measuring proinflammatory cytokines to define an early biomarker of implant degradation. The use of MIP-1α as a biomarker of prosthesis wear could be considered, after further investigations.Finally, the toxicity of chromium, cobalt and nickel, major components of the prostheses, was evaluated in vitro, on human hepatocytes. The median inhibitory concentration (IC50) of each metal was determined and the mechanisms of cellular toxicity were analyzed by a metabolomic study at the IC50 and at a lower concentration of 100 nM, lower than that found in subjects wearing prostheses. ET seemed to induce oxidative stress and disruption of lipid and tryptophan metabolism, even at a low concentration.
En cas d’usure ou de rupture de la prothèse, les particules métalliques sont émises dans l’environnement péri-prothétique, à l’origine d’une toxicité locale. Ces particules peuvent aussi migrer au sein de l’organisme, dans le sang circulant et s’accumuler dans des organes, responsables d’une toxicité systémique. L’objectif de ce travail a été d’évaluer la toxicité et le retentissement systémique du relargage des éléments traces (ET) par les implants orthopédiques. Une méthode de dosage simultané de 38 ET en ICP-HRMS a été mise au point et validée dans le sang, les urines, les cheveux et les tissus humains après minéralisation totale par micro-onde. In vivo, cette méthode a été appliquée à différentes matrices (sang, urines, cheveux, tissu, synovie, viscères) d’une population porteuse de prothèse et d’une population saine, représentative de la population francilienne, afin d’émettre des valeurs de référence pour les ET. Les concentrations métalliques retrouvées chez les porteurs de prothèses, même fonctionnelles, sont en faveur d’un relargage d’ET dans l’environnement péri-prothétique, passant ensuite dans la circulation et s’accumulant dans certains organes comme le cœur et les poumons. L’inflammation induite par la prothèse a aussi été évaluée par le dosage des cytokines pro-inflammatoires, afin de définir un biomarqueur précoce de la dégradation de l’implant. L’utilisation du MIP-1α comme biomarqueur de l’usure de la prothèse pourrait être envisagée, après de plus amples investigations.La toxicité du chrome, cobalt et nickel, composants majeurs des prothèses a enfin été évaluée in vitro, sur des hépatocytes humains. La concentration inhibitrice médiane (IC50) de chaque métal a été déterminée et les mécanismes de toxicité cellulaires ont été analysés par une étude métabolomique à l’IC50 et à une concentration plus faible de 100 nM, inférieure à celle retrouvée chez les sujets porteurs de prothèse. Les ET semblent induire un stress oxydant et la perturbation des métabolismes lipidique et du tryptophane, même à faible concentration.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03545578 , version 1 (27-01-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03545578 , version 1

Citer

Marie Martin Bellouard. Retentissement systémique et toxicité du relargage des particules métalliques par les Dispositifs Médicaux Implantables. Études in vitro et in vivo. Sciences agricoles. Université Paris-Saclay, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPASL072⟩. ⟨tel-03545578⟩
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