Innovative approach to tissue engineering : development of a biomaterial based on cross-linked salmon collagen and bioactive polyphenols from marine macrophytes
Approche innovante pour l’ingénierie tissulaire : développement d’un biomatériau à base de collagène réticulé de saumon et de polyphénols bioactifs issus de macrophytes marins
Résumé
The seafood industry generates large quantities of co-products rich in valuable and value-added molecules (e.g. collagen). This major protein of connective tissues is used in bone tissue engineering in order to develop biomaterials mimicking the organic tissue framework. The objective of this thesis is to valorize collagen from Atlantic salmon (Salmo salar) skins by demonstrating its potential as a biomaterial reinforced by enzymatic cross-linking with microbial transglutaminase. This cross-linked collagen was compared to cross-linked porcine collagen and chemical cross-linking with glutaraldehyde (reference values). Thus, the developed cross-linked biomaterial exhibited dose-dependent mechanical properties comparable to the references following the action of the enzyme. In a second step, phenolic compounds, derived from marine macrophytes, with osteogenic and antibacterial properties were sought to be integrated into the biomaterial to stimulate bone regeneration and limit infections in the treated area. Two comparative methodologies were tested for the extraction and the purification of the phenolic compounds, one conventional liquid/liquid method versus one more eco-responsible promising on a Diaion HP-20 resin. Compounds from Beta vulgaris subsp. maritima, Bifurcaria bifurcata and Plantago lanceolata demonstrated the targeted properties, however, both processes resulted in different bioactive compounds obtained. This thesis has allowed to lay the foundations of a new concept in bone tissue engineering, combining a cross-linked salmon collagen hydrogel with marine plant polyphenols presenting antiradical, osteogenic and antimicrobial properties.
L’industrie alimentaire des produits de la mer génère une quantité importante de coproduits riches en molécules valorisables (e.g. collagène). Cette protéine majeure des tissus conjonctifs est utilisée en ingénierie tissulaire osseuse pour développer des biomatériaux imitant la trame organique tissulaire. L’objectif de cette thèse est de valoriser le collagène issu de peaux de saumons atlantiques (Salmo salar), en démontrant son potentiel sous forme de biomatériau renforcé par une réticulation enzymatique avec la transglutaminase microbienne. Ce collagène réticulé a été comparé à du collagène de porc réticulé et à une réticulation chimique par le glutaraldéhyde (valeurs de référence). Ainsi, le biomatériau réticulé développé a présenté des propriétés mécaniques doses-dépendantes, comparables à celles des références, suite à l’action de l’enzyme. Dans un second temps, des composés phénoliques, issus de macrophytes marins, aux propriétés ostéogéniques et antibactériennes ont été recherchés en vue d’être intégrés au sein du biomatériau pour stimuler la régénération osseuse et ainsi limiter les infections dans la zone traitée. Deux méthodologies comparatives ont été testées pour l’extraction et la purification des composés phénoliques, une méthode conventionnelle liquide/liquide versus une plus écoresponsable prometteuse sur une résine Diaion HP-20. Des composés issus de Beta vulgaris subsp. maritima, Bifurcaria bifurcata et Plantago lanceolata ont démontré les propriétés recherchées, cependant, les deux procédés ont permis l’obtention de différents composés bioactifs. Cette thèse a permis de poser les bases d’un nouveau concept en ingénierie tissulaire osseuse, combinant un hydrogel réticulé de collagène de saumon à des polyphénols de végétaux marins présentant des propriétés antiradicalaires, ostéogéniques et antimicrobiennes.
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