Functionalized bioceramics for osteoimmunomodulation and local release of active molecules
Biocéramiques fonctionnalisées pour une ostéoimmunomodulation et une libération locale de molécules actives
Résumé
Calcium phosphate porous ceramics possess intrinsic bioactive and osteoconductive properties, but these are insufficient for the integration of large implants. Indeed, beyond a volume of 1 cm³, these implants are difficult to be colonized by cells. The lack of vascularization and the absence of an organic matrix do not allow these bone substitutes to achieve the mechanical properties mandatory for using them to repair long bones. Surgical intervention-related infection risks may lead to implant rejection. This work proposes the development of a hydroxyapatite ceramic, fabricated by micro-extrusion, featuring multi-scale porosity to enhance osteoconductive properties. To confer osteoinductive properties, the material was functionalized with cytokines (IL-17 and IFN-γ), adsorbed at the micropores to promote osteoimmunomodulation, and with an antibiotic (vancomycin), contained in a hydrogel, placed within the macropores of the architecture to prevent infection risks. To mimic physiological conditions, the release kinetics of the active molecules were evaluated under dynamic conditions in a perfusion bioreactor. Results demonstrated the effectiveness of vancomycin and its loading system, which allows for a 14-day release at concentrations that inhibit bacterial growth without being toxic to bone niche cells. Regarding cytokines, 20 nM of IL-17 is sufficient to induce the differentiation of pre-osteoblastic cells, and initial release studies under dynamic conditions have been conducted.
Les céramiques poreuses en phosphate de calcium possèdent des propriétés bioactives et ostéocondutrices intrinsèques, mais elles ne sont pas suffisantes pour permettre l’intégration de grands implants. En effet, au-delà de 1 cm3 ces implants sont difficilement colonisés par les cellules. Le manque de vascularisation ainsi que l’absence de matrice organique ne permettent pas à ces substituts osseux d’avoir des propriétés mécaniques suffisantes pour permettre leur utilisation au sein des os longs dont le rôle est d’assurer un soutien mécanique. Les risques d’infection lié à l’intervention chirurgicale peuvent conduire au le rejet de l’implant. Ces travaux proposent de développer une céramique en hydroxyapatite, élaboré par micro-extrusion, présentant une porosité multi-échelle pour améliorer les propriétés ostéocondutrices. Dans le but de lui conférer des propriétés ostéoinductrices, le matériau a été fonctionnalisé par des cytokines (IL-17 et IFN-γ), adsorbées au niveau des micropores, pour favoriser l’ostéoimmunomodulation et par un antibiotique (vancomycine), contenu dans un hydrogel, placé dans les macropores de l’architecture, pour prévenir les risques d’infections. Afin de mimer les conditions physiologiques, les cinétiques de libération des molécules actives ont été évaluée en condition dynamique dans un bioréacteur à perfusion pendant. Les résultats ont démontré la pertinence de la vancomycine et de son système de chargement qui permet une libération sur 14 jours à des concentrations inhibant la croissance bactérienne sans être toxique pour les cellules de la niche osseuse. Concernant les cytokines, 20 nM d’IL-17 est suffisant pour induire la différenciation des cellules pré-ostéoblastiques et les premières études de libération en conditions dynamiques ont pu être réalisées.
Domaines
ChimieOrigine | Version validée par le jury (STAR) |
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