Development of injectable thermosensitive hydrogels based on marine exopolysaccharides for tissue engineering
Élaboration d’hydrogels thermosensibles injectables à base d’exopolysaccharides marins pour l’ingénierie tissulaire
Résumé
Tissue engineering has emerged as a promising strategy offering innovative solutions for the treatment of articular cartilage damage. This field, which combines the techniques of materials science, engineering and biology, aims to restore damaged cartilage through the development of biomaterials. Among them, hydrogels seem to mimic more particularly both biological and mechanical properties of the extracellular matrix. Injectable thermosensitive hydrogels, soluble at room temperature and gelling at physiological temperature, offer minimally invasive applications. Exopolysaccharide (EPS), secreted by a deep-sea hydrothermal vent bacterium Alteromonas infernus, named infernan, naturally possessing mimetic biological properties of glycosaminoglycans (GAG), is therefore a promising candidate as a bioactive component of hydrogels. However, since EPS in native form has no intrinsic gelling capacity, its formulation into a fully-fledged hydrogel is a challenge to overcome. The aim of this thesis was therefore to design injectable thermosensitive hydrogels based on marine GAG-mimetic EPS for tissue engineering. This work can be composed of two parts, the first aiming to functionalize the EPS with a thermosensitive polymer, poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM), then to characterize the physico-chemical properties of EPS-pNIPAM graft polymers using a number of complementary techniques. The second part of the study focused on mechanical properties of EPS-pNIPAM hydrogels obtained, as well as their biocompatibility through viability tests with model cells. A good understanding of the composition-structure-functional properties relationship of these new thermo-sensitive hydrogels is essential for their future use in cartilage tissue engineering.
L'ingénierie tissulaire se positionne aujourd’hui comme une stratégie prometteuse offrant des solutions novatrices pour le traitement des lésions du cartilage articulaire. Ce domaine, faisant intervenir les techniques des sciences des matériaux, ingénierie et de la biologie, vise à restaurer le cartilage endommagé par le développement de biomatériaux. Parmi eux, les hydrogels semblent particulièrement bien mimer les propriétés biologiques et mécaniques de la matrice extracellulaire. Les hydrogels injectables thermosensibles, solubles à température ambiante et gélifiants à température physiologique, offrent une application mini-invasive. L’exopolysaccharide (EPS), sécrété par la bactérie des sources hydrothermales océaniques profondes Alteromonas infernus, nommé infernane, possédant naturellement des propriétés biologiques mimétiques des glycosaminoglycanes (GAG), est donc un candidat prometteur en tant que composant des hydrogels. Néanmoins, l’EPS sous forme native ne possédant pas de capacité de gélification intrinsèque, sa formulation en hydrogel à part entière est un défi à surmonter. Ce travail de thèse avait ainsi pour objectif la conception d’hydrogels thermosensibles injectables à base d’EPS GAG-mimétiques marins pour l’ingénierie tissulaire. Cette étude peut se décomposer en deux parties, une première visant à fonctionnaliser l’EPS par un polymère thermosensible, le poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM), puis à caractériser les propriétés physico-chimiques des polymères greffés, EPS-pNIPAM, par de nombreuses techniques complémentaires. La seconde partie portait sur l’étude des propriétés mécaniques des hydrogels d’EPS-pNIPAM obtenus ainsi que sur leur cytocompatibilité à travers des tests de viabilité avec des cellules modèles. Une bonne compréhension de la relation composition-structure-propriétés fonctionnelles de ces nouveaux hydrogels thermosensibles est essentielle dans le but de leur utilisation future en ingénierie tissulaire du cartilage.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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