Bioactive and biodegradable implant for ligament reconstruction : design, functionalization and mechanism study
Implant ligamentaire bioactif et biodégradable : élaboration, fonctionnalisation et étude des mécanismes
Résumé
The rupture of the anterior cruciate ligament of the knee is a common affection which mainly occurs in young and active population. Because of its joint location and its poor vascularization, this ligament does not heal spontaneously. The “gold-standard”, consisting of using autograft, has many disadvantages and the research focuses on the development of synthetic ligament implants. In this context, this thesis studies and evidences the possibility of a new ligament with bioactive and biodegradable features, made of polycaprolactone (PCL) grafted with poly(sodium styrene sulfonate) (pNaSS). The results presented in this manuscript evaluate the initial choice of raw PCL, its characterization, its functionalization, its mechanical properties after processing, its degradation mechanism and its in vitro and in vivo biological impact. At the interface of engineering, chemistry, mechanics and biology fields, we demonstrated that: the pNaSS grafting accelerates the PCL degradation while protecting the surface during the first six months; the mechanical properties of PCL are adapted to the ligament application; in vitro the pNaSS grafting promotes cell growth, cell distribution, cell density, cell spread, growth factor production, and maintenance of gene expression; and finally that in vivo the pNaSS grafting allows to reduce joint inflammation and postoperative osteoarthritis while promoting tissue recolonization.
La rupture du ligament croisé antérieur du genou est une affection fréquente qui survient majoritairement chez des sujets jeunes et sportifs. Une fois rompu, en raison de sa localisation intra articulaire et de la pauvreté de sa vascularisation, ce ligament ne cicatrise pas spontanément. Le traitement chirurgical de référence, l’autogreffe, présente de nombreux inconvénients et les travaux de recherche se tournent vers le développement d’implants ligamentaires synthétiques. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse était d’étudier la possibilité d’élaborer un nouveau ligament bioactif et biodégradable en polycaprolactone (PCL) greffé de poly(styrène sulfonate de sodium) (pNaSS). Les résultats présentés dans ce manuscrit décrivent toutes les étapes du choix initial de la PCL brute à sa caractérisation, sa fonctionnalisation, ses propriétés mécaniques après élaboration, au mécanisme de dégradation et à son impact biologique in vitro et in vivo. À l’interface des disciplines de l’ingénierie, de la chimie, de la mécanique et de la biologie, nous avons montré que : le greffage de pNaSS accélère la dégradation de la PCL tout en protégeant la surface durant les six premiers mois ; que les propriétés mécaniques de la PCL sont adaptées à une application ligamentaire ; que le greffage de pNaSS favorise in vitro la vitesse de croissance, la distribution, la densité et l’étalement cellulaires, la production de facteur de croissance et le maintien de l’expression génique ; et enfin que le greffage de pNaSS permet in vivo de diminuer l’inflammation articulaire et l’arthrose post-opératoire tout en favorisant la recolonisation tissulaire.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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