Search

Les dispositifs médicaux ont une place essentielle en gynécologie et obstétrique. Ils interviennent au quotidien dans la vie des femmes au travers de la contraception, des examens gynécologiques, de la grossesse… Ils permettent une meilleure prise en charge des patientes. Les innovations dans ce domaine ne sont que très récentes, elles étaient autrefois freinées par le caractère intime de cette discipline. L’objectif de cette thèse est de présenter les solutions qui sont proposées aux femmes au cours de leur vie dans le cadre de la gynécologie, de l’obstétrique et décrire les dernières avancées. L’utilisation de biomatériaux, combinée aux méthodes chirurgicales modernes rend possible le traitement de pathologies auparavant incurables. Les progrès permettent également une meilleure maitrise de la contraception mais aussi la possibilité de traiter les problèmes d’infertilité. L’intelligence artificielle permet quant à elle l’amélioration des méthodes de diagnostic et change le monde de la santé grâce à des prises en charge de plus en plus précoces, parfois même avant l’arrivée des premiers symptômes. Les avancées technologiques des dispositifs médicaux ont également des répercussions sociales car elles permettent de réduire les contraintes quotidiennes rencontrées par les femmes lors de l’allaitement et des menstruations. Des progrès remarquables sont visibles dans ce domaine, toutefois le besoin d’innovation reste encore très présent afin d’améliorer le confort de vie des patientes et la sécurité liée à l’utilisation de ces produits.

Pulpotomy is an endodontic procedure used in the case of an extensive decay on a primary tooth where the coronary pulp is severed and the vital radiculary pulp is preserved. Over the past few years, the emergence of new biomaterials, the improvment in our understanding of pulp repair, the implementation of principles of pulp vitality holding and minimally invasive approach have allowed for a new perspective in treating extensive decay in decidual teeth. This work aims at updating the data recording indications, protocol and materials used in treating of decidual teeth through pulpotomy.; La pulpotomie est une procédure endodontique utilisée en odontologie pédiatrique dans le cas d’une lésion carieuse profonde sur une dent temporaire où la pulpe coronaire est amputée et la pulpe vitale radiculaire est maintenue. Ces dernières années l’avènement de nouveaux biomatériaux, la meilleure compréhension des mécanismes de réparation pulpaire, l’application des principes de maintien de la vitalité pulpaire et d’approche minimalement invasive ont permis une nouvelle approche dans la prise en charge des caries profondes en denture temporaire. Ce travail avait pour but d’actualiser les données en rapport aux indications, au protocole et aux matériaux utilisés dans le cas d’un traitement des dents temporaires par pulpotomie.

Maintaining pulp vitality is a major issue in dentistry. Inflammation control and regeneration are essential prerequisites. Within these events, angiogenesis is defined as the development of capillary vessels from pre-existing capillaries. Consecutively to pulp exposure, numerous direct pulp capping materials are available to allow dental organ vitality preservation whether following the progression of a carious lesion or traumatic lesion. The aim of this study was to evaluate the consequences of the application of selected capping biomaterials (BiodentineTM, TheraCal LC®, and a universal adhesive, All Bon Universal®) on key steps of angiogenesis. Thus, this work focused on two distinct cell populations, pulp fibroblasts and endothelial cells by simulating a carious lesion using a bacterial pattern and performing physical cell damage. Growth factor secretion (PDGF, FGF-2 and VEGF), cell migration and proliferation were studied. The important notions related to angiogenesis in a context of direct pulp capping will be recalled in the first part of the work. Subsequently, all the methods used for this experimental work will be presented as well as the results obtained. These will be finally discussed in the last part of the manuscript.; Le maintien de la vitalité pulpaire est un enjeu majeur en odontologie. Le contrôle de l’inflammation et la mise en place de la régénération en sont des prérequis indispensables. Au sein de ces évènements l’angiogenèse se définit comme le développement de vaisseaux capillaires à partir de capillaires préexistants. Lors d’une effraction pulpaire, différents matériaux de coiffage direct sont disponibles pour permettre la conservation de la vitalité de l’organe dentaire que ce soit consécutivement à la progression d’une lésion carieuse ou suite à une lésion traumatique. Le but de cette étude a été d’évaluer les conséquences de l’application des biomatériaux de coiffage choisis (BiodentineTM, TheraCal LC®, et un adhésif universel le All Bon Universal®) sur des étapes clés de l’angiogénèse. Ainsi, ce travail a porté sur deux populations cellulaires distinctes, les fibroblastes pulpaires et les cellules endothéliales en simulant une lésion carieuse à l’aide d’un motif bactérien et de la réalisation de lésions cellulaires physiques. La sécrétion de facteur de croissance (PDGF, FGF-2 et VEGF), la migration et la prolifération cellulaire ont été étudiées. Les notions importantes liées à l’angiogenèse dans un contexte de coiffage pulpaire seront rappelées dans une première partie du travail. Par la suite, l’ensemble des méthodes utilisées pour ce travail expérimental seront présentées ainsi que les résultats obtenus. Ces derniers seront enfin discutés dans la dernière partie du manuscrit.

La cécité cornéenne touche 12,7 millions personnes globalement. Il y a une pénurie des cornées de donneurs humains (CDH), et donc les tissues disponibles sont implanté préférentiellement dans les patients avec des troubles cornéens à faible risque comme le kératocône et la dystrophie endothéliale de Fuchs. Les patients qui ont un risque élevé d’inflammation, comme ceux avec des brûlures acides, alcalines et thermiques, des infections et des ulcères, ne reçoivent pas de greffes pour leurs maladies cornéennes. Les biomatériaux offrent une alternative aux CDH en permettant le développement de solutions de régénération cornéenne avec une longue durée de conservation, une thermostabilité pour un déploiement en zone rurale, et biocompatibilité chez les patients à haut risque. Les biomatériaux peuvent être développés sous forme d’implants cornéens solides à greffer dans des opacités cornéennes ou sous forme de liquides gélifiants injectables qui peuvent sceller des petites perforations cornéennes. Les implants cornéens solides conviennent aux chirurgiens ophtalmologiques, mais les produits de comblement liquides peuvent être utilisés par les prestataires de médecine d’urgence ou le personnel médical non spécialisé dans les zones où les chirurgiens ophtalmologistes ne sont pas disponibles. Cette thèse explore les formulations de biomatériaux pour les cornéens solides et gélifiants in situ, leurs performances en tant que dispositifs composites, l’ajout de la stérilisation terminale à la fabrication d’implants cornéens solides et le développement de futures protéines mimétiques du collagène pour la formulation d’hydrogel. Le premier objectif de cette thèse était de développer un implant cornéen solide adapté à l’implantation chez les patients cornéens à haut risque. Les implants cornéens peptide-mimant-le-collagène-polyéthylène glycol-phosphorylcholine (PMC-PEG-MPC) et les implants recombinants de collagène humain de type III-phosphorylcholine (RCHIII-MPC) ont réussi à régénérer les cornées de mini-porcs et de lapins, respectivement. La phosphorylcholine présente dans la formulation PMC-PEG-MPC a diminué l’inflammation et fourni une alternative cornéenne viable dans les brûlures alcalines à haut risque. Des nanoparticules d’argent coiffées de peptides étaient fabriquées avec succès à la surface d’un implant cornéen solide de collagène porcin de type I. Ces implants ont inhibé P. aeruginosa, S. aureus et S. epidermidis in vitro et empêché la formation de biofilm à l’interface air-liquide. Ces implants cornéens solides élargissent la gamme d’efficacité pour inclure les personnes souffrant de brûlures alcalines et d’infections. Finalement, on a validé une méthode de stérilisation terminale des implants cornéens solides. Le RCHIII-MPC a été stérilisé en phase terminale avec succès à l’aide d’une irradiation par faisceau d’électrons, offrant une future voie pour la stérilisation terminale des implants cornéens solides à base de biomatériaux. Le deuxième objectif était de concevoir un hydrogel qui se solidifierait in situ pour sceller les perforations cornéennes. Le PMC-PEG était combiné avec du fibrinogène pour former “LiQD Cornea”, le premier produit de comblement cornéen liquide à être chimiquement réticulé avec succès in situ pour sceller les perforations cornéennes et les plaies chirurgicales chez le lapin et les mini-porcs. Pour le troisième objectif, ce projet fournit également une méthodologie future pour la production de protéines mimétiques de collagène personnalisées pour les futures formulations d’hydrogel. Dans l’ensemble, le collagène et les biomatériaux inspirés du collagène se sont révélés être des greffes et des scellants cornéens prometteurs avec des voies viables de fabrication commerciale., Corneal blindness and opacities affect 12.7 million people globally. There is a shortage of human donor corneas (HDCs), which are prioritized for patients with low risk corneal disorders like keratoconus and Fuch’s endothelial dystrophy. Patients with high-risk inflammatory conditions like acid, alklai and thermal burns, infections and ulcers are often unable to receive transplants to treat their corneal disorders. Biomaterials provide an alternative to HDCs by allowing the development of corneal regenerative solutions with a long-shelf life, thermostability for deployment in rural areas and biocompatibility in high-risk patients. Biomaterials can be developed as solid corneal implants to graft into large corneal opacities or as injectable in situ gelling liquids that can seal small corneal perforations. Solid corneal implants are suited for use by ophthalmic surgeons, but liquid fillers can be used by emergency medicine providers or non-specialized medical personnel in areas where ophthalmic surgeons are not available. This thesis explores biomaterials formulations for solid and in situ gelling corneal biomaterials, their performance as composite devices, the addition of terminal sterilization to the manufacture of solid corneal implants, and the development of future collagen mimetic proteins for hydrogel formulations. The first objective of this thesis was to develop a solid corneal implant suitable for implantation in high-risk corneal patients. Collagen-like-peptide-polyethylene glycolphosphorylcholine (CLP-PEG-MPC) corneal implants and recombinant human collagen type III-phosphorylcholine implants were successful in regenerating the corneas of mini-pigs and rabbits, respectively. The phosphorylcholine present in the CLP-PEG-MPC formulation decreased inflammation and provided a viable corneal alternative in high-risk alkali burns. Peptide-capped nanoparticles were successfully fabricated on the surface of a porcine and S. epidermidis in vitro and prevented biofilm formation at the air-liquid interface. These solid corneal implants expand the range of efficacy to include individuals with alkali burns and infections. This thesis validated a method of terminal sterilization for solid corneal implants. RHCIII-MPC was successfully terminally sterilized using electron-beam irradiation, providing a future avenue for terminal sterilization of biomaterials-based solid corneal implants. The second objective was to design a hydrogel that will solidify in situ to seal corneal perforations. CLP-PEG was combined with fibrinogen to form LiQD Cornea, the first liquid corneal filler to be successfully chemically crosslinked in situ to seal corneal perforations and surgical wounds in rabbit and mini-pigs. For the third objective, this project also provides future methodology for the production of custom collagen mimetic proteins for future hydrogel formulations. Overall, collagen and collagen-inspired biomaterials were demonstrated to be promising corneal grafts and sealants with viable pathways to commercial manufacture.

Le but de notre étude visait à déterminer si les matrices ECM (extracellular matrix) préparés à partir d'un modèle vertébré (Axolotl) capables de régénérer ses tissus suite à une blessure sont plus efficaces pour stimuler les réponses régénératives chez les animaux non régénérant (par exemple les mammifères). Nous avons testé la capacité de matrice ECM axolotl à améliorer la guérison des plaies cutanées dans des souris et nous les avons comparés à une matrice disponible commercialement (échafaudage Symbios PerioDerm) pour leur efficacité à favoriser la guérison des plaies. Des lésions d'excision ont été créées sur le dos de souris et les animaux ont été regroupés dans différents groupes; a-) ECM de peau axolotl décellularisée (groupe Axolotl), b-) matrice de derme acellulaire Symbios Perioderm (groupe PerioDerm), c-) grillage en titane (groupe témoin); respectivement. Les tissus des plaies ont été récoltés à des moments précis : 7 jours et 30 jours après la blessure pour évaluer la guérison des plaies. La guérison des blessures ayant reçu les différentes matrices a été comparées entre elles en utilisant le test de transillumination et des analyses histologiques. Les résultats indiquent que la ECM de peau d’axolotl décellularisée est bien tolérée par les souris, car aucun rejet n'a été observé. Le groupe qui a reçu l'ECM de la peau axolotl décellularisé a démontré une réépithélialisation, une densité cellulaire, une teneur en collagène (avec une organisation similaire à un tissu intact) et une vascularisation (angiogenèse) élevées par rapport aux groupes PerioDerm et témoins. La présence de follicules pileux était également observé dans le groupe axolotl (qui n'est pas présent dans PerioDerm et groupes de contrôle). Sur la base de nos résultats, l'hypothèse de base semble être correcte en ce qu'une matrice ECM provenant d'un régénérateur puissant semble favoriser la guérison plus efficacement chez les animaux normalement non régénérants. Cependant, des recherches supplémentaires devront être menées pour confirmer ces résultats., The aim of our study sought to determine whether ECM scaffolds prepared from a vertebrate model (Axolotl) capable of regenerating tissues following injury are more effective at stimulating regenerative responses in non-regenerating animals (e.g., mammals). We tested the ability of axolotl decellularized ECM scaffolds to improve skin wound healing in mammalian models and compare the axolotl skin ECM scaffold to a commercially available one (Symbios PerioDerm scaffold) for efficiency in promoting wound healing. Excisional lesions were created on the back of mice, and animals in different groups were treated by; a-) decellularized axolotl skin ECM (Axolotl group), b-) Symbios Perioderm acellular dermis scaffold (PerioDerm group), d-) Titanized mesh only (Control group); respectively. Wound tissues were harvested at time points: 7- and 30-days post-wounding to assess the scaffolds impact on wound healing. Wound healing was compared between the Axolotl, PerioDerm and Control groups using transillumination test and histological analyses, Results indicate that the decellularized axolotl skin ECM is well tolerated by mammalian models, as no immune rejection was observed. The axolotl group that received the decellularized Axolotl Skin ECM demonstrated high reepithelialization, cellular density, collagen content (in a porous pattern similar to intact skin), vascularization (angiogenesis) compared to PerioDerm and control groups. The presence of hair follicles was also observed in the axolotl group (which is not present in PerioDerm and control groups). Based on our results, the basic hypothesis appears to be correct in that an ECM scaffold from a strong regenerator seems to promote healing more efficiently in non-regenerating animals. However, further research should be conducted to confirm these findings.

The occlusion recording must ensure a perfect simulation between the prosthetic laboratory and the dental office. This allows an ideal integration of the prosthetic parts with a minimum of clinical corrections. The registration of the centric relation in cases of global rehabilitation is a delicate and anxiety stage for the practitioner on the one hand and difficult for the patient during the various manipulations. The modern bite registration of the centric relation, described through a clinical case, ensure an adequacy between the patient's behavior and the proposed treatment, guiding all the protagonists towards a therapeutic adherence. The use of the Koïs plane coupled with a composite occlusion in vestibular key makes this approach of recording the occlusion efficient and conciliatory for the patient and the learner.; L’enregistrement de l’occlusion se doit d’assurer une parfaite simulation entre le laboratoire de prothèse et le cabinet. Ceci permettant une intégration idéale des pièces prothétiques en effectuant le minimum de retouches cliniques. L’enregistrement de la relation centrée dans les cas de réhabilitations globales est une étape délicate et anxiogène pour le praticien d’une part et difficile pour le patient lors des différentes manipulations. L’enregistrement moderne de l’occlusion en Relation Centrée (RC) décrit au travers d’un cas clinique, assure une adéquation entre le comportement du patient et le traitement proposé guidant l’ensemble des protagonistes vers une adhésion thérapeutique. L’utilisation du plan de Koïs couplée à un composite d’occlusion en clé vestibulaire rend cette approche d’enregistrement de l’occlusion efficiente et conciliante pour le patient et l’apprenant.

The success of the development of new implants relies on a better understanding of the interactions between cells and biomaterials. Cell adhesion on the biomaterial is a key step in predicting the future of an implant in the human body. Cell adhesion is involved in many cellular processes such as proliferation, migration and differentiation. Recent studies have shown that the substrate on which cells are grown can lead to different cell morphologies. This thesis work consisted in setting up a method for studying cell adhesion by quantifying the anchoring sites of the cell on the biomaterial by confocal microscopy. The morphological study was carried out by scanning electron microscopy (SEM). Morphological analysis is mainly performed in 2D using high vacuum SEM (HVSEM), which notably requires cell dehydration. We initially tried to develop a 3D analysis method of the cell on the biomaterial by SEM. Then, we developed a 3D analysis method to study whole cells close to their native state. To do so, wet-STEM was performed using a tomographic sample holder designed beforehand in the laboratory to study aqueous suspensions in 3D. This specific rack allows analyzes by collecting the electrons transmitted or diffused through the sample. Such development opens the way to 3D analysis of intact cells in environments mimicking their native environment., Le succès du développement de nouveaux implants repose sur une meilleure compréhension des interactions entre les cellules et les biomatériaux. L'adhésion cellulaire sur le biomatériau est une étape clé pour prédire le devenir d'un implant dans le corps humain. L'adhésion cellulaire est impliquée dans de nombreux processus cellulaires tels que la prolifération, la migration et la différenciation. Des études récentes ont montré que le substrat sur lequel les cellules sont cultivées peut conduire à différentes morphologies cellulaires. Ce travail de thèse a consisté à mettre en place une méthode d’étude de l’adhésion cellulaire en quantifiant les sites d’ancrage de la cellule sur le biomatériau par microscopie confocale. L’étude morphologique a quant à elle été réalisé par microscopie électronique à balayage (MEB). L'analyse morphologique est principalement réalisée en 2D en utilisant la MEB sous vide poussé (MEBHV), ce qui nécessite notamment la déshydratation cellulaire. Nous avons dans un premier temps essayé de développer une méthode d'analyse 3D de la cellule sur le biomatériau par MEBHV. Puis, nous avons développé une méthode d'analyse 3D pour étudier des cellules entières proches de leur état natif. Pour ce faire, nous avons utilisé un portoir de tomographie conçu au préalable au laboratoire pour étudier en 3D des suspensions aqueuses. Ce portoir spécifique permet les analyses en collectant les électrons transmis ou diffusés à travers l’échantillon. Un tel développement ouvre la voie à l'analyse 3D de cellules intactes dans des environnements imitant leur environnement natif.

En France comme dans le reste du monde, en raison du réchauffement climatique, de la croissance démographique et de la pollution, l'approvisionnement en eau devient un enjeu important. Pour résoudre ce problème, le stockage et/ou la récupération et purification de l'eau impropre à la consommation sont envisagées. L'évaporation solaire, qui fait l'objet de recherches depuis plusieurs années, est une méthode de purification qui utilise l'énergie du rayonnement solaire pour vaporiser l'eau puis la condenser et la récupérer pour la consommation humaine. Le système consiste à placer un matériau à la surface de l'eau pour accélérer son évaporation. Ce matériau doit capter suffisamment bien le rayonnement solaire, tout en permettant à l'eau de diffuser vers la surface d'évaporation. De plus, le matériau doit limiter les transferts thermiques vers l'eau liquide, afin de conserver l'énergie en surface. Jusqu'à présent, les études sur le sujet ont été principalement expérimentales, utilisant différents types de matériaux et de méthodes sans validation numérique des hypothèses émises. L'objectif du travail présenté est de proposer un modèle numérique permettant de simuler les performances d'évaporation du système, de confirmer les hypothèses avancées dans la bibliographie, et d'étudier l'impact des conditions aux limites hygrothermiques . Un modèle axisymétrique 2D, qui inclut la modélisation des transferts thermiques ainsi que du transfert d'eau vers la surface, a été choisi. Ainsi, deux équations couplées comprenant la conservation de la masse d'eau liquide et l'équation de la chaleur ont été utilisées et implémentées dans un logiciel de modélisation par éléments finis (COMSOL 5.6). Pour valider ce modèle, plusieurs expériences ont été réalisées en utilisant une mousse poreuse biosourcée à base de tanin de mimosa. Le tanin est un composant extrait du bois, qui, dans le cas du mimosa, est présent dans les écorces. Les mousses de tannin sont donc faciles à produire et ont un faible impact environnemental. En outre, elles sont poreuses à 95 \% et permettent le transport de l'eau jusqu'à la surface d'évaporation. En ajoutant une couche de peinture à base de graphite pour améliorer l'absorption du rayonnement solaire, elles font un maté

L’utilisation de biomatériaux en médecine humaine remonte à des temps anciens. Le champ de la recherche et du développement de matériaux innovants se fonde sur des schémas stratégiques rationnels. En se basant sur une meilleure compréhension de la biologie des tissus osseux à l’interface avec les matériaux, l’utilisation de procédés d’élaboration innovants permettront d’accroître les performances applicatives des dispositifs implantables produits.

Appartenant à la famille des polymères de hautes performances (PAEK), le polyétheréthercétone (PEEK) est un biomatériau qui ne cesse de faire parler de lui depuis la fin du XXème siècle.Couramment utilisé en médecine orthopédique et en traumatologie, ce polymère thermoplastique semi-cristallin fait l'objet de recherches croissantes en chirurgie dentaire en raison de ses nombreux atouts, tels que sa biocompatibilité, sa stabilité physique et chimique à hautes températures, ou encore son module d'élasticité proche de celui de l'os cortical humain, de l'émail et de la dentine.ll peut être mis en forme par des techniques conventionnelles ou par Conception et fabrication assistée par ordinateur (CFAO), notamment par impression 3D. Ce procédé de fabrication relativement récent permet de créer une multitude d'objets en utilisant divers matériaux, avec des processus rapides et économes en matière première.En chirurgie dentaire, les applications du PEEK ne se limitent pas qu'à l'implantologie mais commencent à englober toutes les spécialités. ll est prometteur en tant qu'alternative aux matériaux usuels tels que le titane ou les céramiques, et pourrait pallier certains problèmes fréquemment rencontrés dans notre profession tels que le "Stress shielding" ou l'attrition dentaire.

Polyhydroxyalkanoates (PHA) are natural polymers produced by a wide variety of bacteria.These natural polyesters are biobased, biodegradable and biocompatible. They are therefore of major interest for applications in the biomedical field. In the present thesis, the production capacities of different bacterial strains issued from the marine bacterial biodiversity have been studied. Three strains belonging to the genus Pseudomonas were found to be promising candidates for the production of unsaturated PHAMCL when grown from a mixture of coprah oil and 10-undecenoic acid. Optimization of the production allowed the biosynthesis of PHAMCL of original and controlled structure, with 10% to 80% unsaturation, and production yields reaching 38%.Their characterization by SEC and DSC revealed high molecular weight biopolymers with low crystallinity. FTIR, NMR and GCMS analyses allowed to determine their chemical structure and to confirm the terminal position of unsaturation, allowing future functionalization by click-chemistry. Two MRI visible devices have been developed. On the one hand, an amphiphilic fluorinated PHA, PHA-g-(F;PEG), was synthesized by a thiol-ene reaction. Nanocapsules, based on PHA-g(F;PEG) loaded with perfluorooctyl bromide obtained by emulsion-evaporation, with a diameter close to 250-300 nm, were found to be visible in 19F MRI with an acquisition time of only 15 min. On the other hand, the PHA-g-(C8F17) copolymer was prepared by grafting perfluorodecanethiol. Microstructure characterization by SEM-EDX and DSC (modulated and conventional) showed the formation of fluorinatedmicrodomains. Hahn Echo experiments showed a T2 of the order of 1.2 ms, suitable for UTE detection sequences. Therefore, biomaterials prepared by 3D printing and coated with PHA-g-(C8F17) have the potential to be used as novel contrast agents for 19F MRI. These results highlight a multidisciplinary thesis project, from bacterial culture to the valorization of the synthesized biomolecules., Les polyhydroxyalcanoates (PHA) sont des polymères naturels produits par une grande variété de bactéries. Ces polyesters naturels sont à la fois biosourcés, biodégradables et biocompatibles.Ils présentent donc un intérêt majeur pour des applications dans le domaine biomédical. Dans le cadre de cette thèse, les capacités de production de différentes souches bactériennes, issues de la biodiversité bactérienne marine ont été étudiées.Trois souches appartenant au genre Pseudomonas se sont avérées être des candidates prometteuses pour la production de PHAMCL insaturés lorsqu’elles sont cultivées à partir d’un mélange d’huile de coprah et d’acide 10-undécenoïque. L’optimisation de la production a permis la biosynthèse de PHAMCL de structure originale et contrôlée, comportant de 10% à 80% d’insaturation, avec des rendements de production jusqu’à 38%. Leur caractérisation par SEC et DSC a révélé des biopolymères de hauts poids moléculaires et une faible cristallinité. Les analyses FTIR, RMN et GCMS ont permis de déterminer leur structure chimique et de confirmer la position terminale des insaturations, permettant la réalisation des futures fonctionnalisations par chimieclick.Deux dispositifs visibles par IRM ont été développés. D’une part, un PHA fluoré amphiphile, PHA-g-(F;PEG), a été synthétisé par une réaction de thiol-ène. Des nanocapsules, à base de PHAg(F;PEG), chargées avec du bromure de perfluorooctyle, obtenues par émulsion-évaporation, d’un diamètre proche de 250-300 nm, s’avèrentvisibles en IRM 19F avec un temps d’acquisition de 15 min. D’autre part, le copolymère PHA-g-(C8F17) a été préparé par greffage de perfluorodécanethiol. La caractérisation de la microstructure par MEB-EDX et DSC (modulée et conventionnelle) a montré la formation de microdomaines fluorés. Les expériences d’Echo de Hahn ont démontré un T2 de l’ordre de 1,2 ms, approprié pour des séquences de détection UTE. De ce fait, les biomatériaux préparés par impression 3D et recouverts de PHA-g-C8F17 ont le potentiel d'être utilisés comme nouveaux agents de contraste pour l'IRM 19F. Ces résultats mettent en avant un projet de thèse pluridisciplinaire, depuis la culture bactérienne jusqu’à la valorisation des biomolécules synthétisées.

International audience; Le 22 septembre 2017, à la surprise d’un grand nombre de professionnels de santé et d’industriels du domaine de la dentisterie, le comité d’évaluation des risques (CER) de l’Agence européenne des produits chimiques (ECHA) a adopté un avis pour réviser la classification et l’étiquetage du cobalt (Co) métallique [1]. Depuis 2020, le Co métallique est ainsi devenu une substance classée cancérigène, mutagène et toxique pour la reproduction (CMR). Ceci n’est pas sans conséquence dans notre pratique quotidienne, notamment en raison de la mise en place progressive (2017-2025) du nouveau règlement (UE) 2017/745 sur les dispositifs médicaux (RDM) [2]. Ce RDM impose de nouvelles exigences envers les dispositifs médicaux contenant une substance classée CMR. Le dispositif médical ne peut alors être mis sur le marché que si aucune alternative n’est disponible et que si une justification est fournie par le fabricant ou par l’organisme notifié (ON) par le fabricant. Par ailleurs, lorsqu’une substance classée CMR fait partie d’un dispositif médical, cela doit être notifié sur l’emballage et le patient/consommateur devra en être aussi informé. Avec la mise en application, le 26 mai 2021, du MDR (UE) 2017/745, la situation des chirurgiens-dentistes va devenir assez inconfortable. L’utilisation fréquente d’alliages dentaires cobalt-chrome (Co-Cr) contenant donc une substance CMR entraînera automatiquement une remise en cause de la pratique professionnelle. Comment en sommes-nous arrivés là? Quel est l’échéancier auquel nous allons devoir faire face à partir de 2021?

When the prognosis for a tooth is poor and its extraction is inevitable, post-extraction alveolar resorption occurs. This phenomenon is widely described in the literature. To overcome this natural process, the practitioner has a wide choice of techniques grouped under the term “alveolar ridge preservation” (ARP). These procedures are now part of the therapeutic arsenal of the dentist. They seek to maintain the shape of the alveolar ridge using different biomaterials. Several decision criteria must be considered to guide the pre- or per-implant strategy.; Lorsque le pronostic d’une dent est engagé et que l’avulsion de celle-ci est inévitable, il se produit une résorption alvéolaire post-extractionnelle. Ce phénomène est largement décrit dans la littérature. Pour pallier ce processus naturel, le praticien possède un large choix de techniques regroupées sous le nom de préservation de la crête alvéolaire (alveolar ridge preservation, ARP). Ces procédures s’inscrivent désormais dans l’arsenal thérapeutique du chirurgien-dentiste et ont pour objectif de maintenir la forme de la crête alvéolaire à l’aide de différents biomatériaux. Plusieurs critères de décision doivent être pris en compte pour orienter la stratégie pré- ou per-implantaire.

3D bioprinting is a tissue engineering technology based on the combination of biomaterials, cells and bioactive molecules for the fabrication of tissue substitutes able to restore, replace and/or repair the damaged ones. Biomaterials act as a temporary extracellular matrix and promote the migration, proliferation and differentiation of cells. This ability is either due to biomaterial's intrinsic properties or to their modification through the inclusion of biochemical cues, such as growth factors. The objective of this thesis is to develop new biomaterials allowing 3D printing and new strategies allowing for their application in tissue engineering, using, in particular, the technology of 3D bioprinting. In order to do that, we firstly extracted chitin from an unusual source, cicadas sloughs, and transformed it into its derivative chitosan. These two polysaccharides were characterized from a physicochemical point of view. Furthermore, for the first time to our knowledge, we also characterized the raw material (i.e., cicada sloughs) and the intermediary products of the extraction process, which proved important to evaluate the stability of cicada sloughs as a source of chitin. Chitosan, a derivative of chitin, was then used to develop new biomaterial inks for extrusion 3D printing through its combination with two natural gums: guar gum and tamarind gum. These are polysaccharides derived from seed plants and widely used as thickening and gelling agents by the food industries. Their addition to chitosan improved its printability and, through a dual gelation mechanism, led to the fabrication of stable 3D constructs with improved mechanical properties. Subsequently, after reviewing the 3D bioprinting strategies used to control the release of growth factors from 3D printed and bioprinted constructs, PLGA microspheres were included into a 3D bioprinted skeletal muscle construct as neurotrophic factors delivery system in order to improve and accelerate the innervation of the developed scaffold., La bio-impression 3D est une technologie d'ingénierie tissulaire basée sur la combinaison de biomatériaux, de cellules et de biomolécules pour la fabrication de substituts tissulaires capables de restaurer, remplacer et/ou réparer les tissus endommagés. Les biomatériaux agissent comme une matrice extracellulaire temporaire et favorisent la migration, la prolifération et la différenciation des cellules. Cette capacité peut être due aux propriétés intrinsèques des biomatériaux, ou à l'inclusion de signaux biochimiques, tels que des facteurs de croissance. L’objectif de cette thèse est de développer de nouveaux biomatériaux permettant l'impression 3D, mais également de trouver de nouvelles stratégies permettant leur application en ingénierie tissulaire, à l’aide de la technologie de la bio-impression 3D. Pour ce faire, nous avons d'abord extrait la chitine d'une source peu commune, les mues de cigales et nous l'avons transformé en son dérivé le chitosane. Ces deux polysaccharides ont ensuite été caractérisés d'un point de vue physico-chimique. Pour la première fois à notre connaissance, nous avons également caractérisé la matière première (c'est à dire les mues de cigale) et les produits intermédiaires du procédé d'extraction, qui se sont avérés importants pour évaluer la stabilité des mues de cigales en tant que source de chitine. Le chitosane, un dérivé de la chitine, a ensuite été utilisé pour développer de nouvelles encres pour l’impression 3D grâce à sa combinaison avec deux gommes naturelles : la gomme de guar et la gomme de tamarin. Ces deux gommes sont des polysaccharides dérivés de plantes à graines et largement utilisés comme agents épaississants et gélifiants par les industries alimentaires. Leur combinaison avec le chitosane a amélioré son imprimabilité et, grâce à un mécanisme de double gélification, a conduit à la fabrication de constructions en 3D aux propriétés mécaniques améliorées. Par la suite, après avoir examiné les stratégies de bio-impression 3D utilisées pour contrôler la libération de facteurs de croissance à partir de constructions bio-imprimées, des microsphères de PLGA libérant des facteurs neurotrophiques ont été incluses dans une construction de muscle squelettique bio-imprimée afin d'améliorer et d'accélérer l'innervation de la structure 3D.

Endothelial cells (ECs) lining the inner surfaces of blood vessels sense and respond to the numerous mechanical forces present in the microvascular environment. Although the influence of wall shear stress, stiffness and curvature has been thoroughly investigated, the role of strain and wall tension remains less clear, most notably in the case of confluent monolayers. In vitro platforms such as organ-on-chips are ideal systems to investigate EC mechanobiology as they offer a controllable and well defined set of mechanical stimuli.I started by developing a hydrogel-based microvessel-on-chip that encompasses both shear stress and circumferential strain in a pulsatile manner based on luminal flow actuation. The concept is the following: by imposing a given flow rate inside the channel, the luminal pressure is increased due to the channel's hydraulic resistance, which dilates the vessel. I then performed an extensive characterization of the mechanical behavior of the system and demonstrated that the shear and strain span the physiological ranges. Because both stresses derive from the luminal pressure, shear and strain are tightly coupled. To enable independent control of each stress, I explored three strategies: (1) adding a hydraulic resistance of variable length at the channel output, (2) changing the width of the hydrogel, and (3) tuning the hydrogel concentration. I also demonstrated the endothelial monolayer has an effect of flow shielding which explains the higher deformation obtained in endothelialized channels relative to cell-free channels.The luminal flow actuation in the microvessel-on-chip can also be viewed as a hydraulic compression assay. The second part of my Ph.D. was devoted to the study of the dynamics of the poroelastic gel in this novel assay. Three major responses were investigated: the dynamics of the channel dilation after a pressure step, the strain distribution in the hydrogel and wave propagation. Each of these responses leads to complex dynamic behavior that can be exploited to derive the important poroelastic parameters of the hydrogel, most notably the Young's modulus and the permeability.The final part of my Ph.D. was the investigation of the response of EC monolayers to static tensile stresses where I discovered a new behavior. ECs showed a strong reorganization, aligning their overall shape, cytoskeleton and nuclei in the stretch direction, and the effect was magnitude dependent. Associated with this overall reorientation, adherens junctions (AJs) remodeled into focal AJs (FAJs), a specialized structure that forms under tension. The cortical network of actin filaments also remodeled into thick bundles of central stress fibers. The association of the stress fibers and FAJs enabled the formation of circumferential transendothelial actin cables. In parallel, I proposed a hypothetical framework for the long term monolayer mechanics observed in this assay.In summary, during my Ph.D. I developed a microvessel-on-chip that can subject cells to wall tension, characterized its mechanical behavior in detail, and investigated the response of the cells to the tensile stresses in this system, revealing a novel collective behavior., Les cellules endothéliales qui tapissent la paroi des vaisseaux sanguins sont capables de détecter et de répondre aux nombreuses forces mécaniques présentes dans le système microvasculaire. Bien que l'influence de forces dues au cisaillement, à la rigidité et à la courbure soit bien étudiée, le rôle de l'étirement et de la tension de la paroi vasculaire demeure peu compris, en particulier dans le cas des monocouches jointives. Les plateformes in vitro telles que les organes sur puce sont idéales pour l'étude de ces phénomènes, puisqu'elles offrent une panoplie de stimuli mécaniques contrôlables et caractérisables .Le premier étape de ma thèse a été le développment d'un microvaisseau-sur-puce, constitué d'un hydrogel, permettant de générer à la fois le cisaillement et l'étirement circonférentiel de manière pulsatile, par l'actionnement par flux. Le concept est le suivant: en imposant un certain débit dans le microcanal, la pression luminale augmente à cause de la résistance hydraulique du canal, ce qui dilate le vaisseau. J'ai ensuite réalisé une caractérisation exhaustive du comportement mécanique du système et démontré que le cisaillement et l'étirement couvrent les plages de valeurs physiologiques. Puisque les deux contraintes découlent de la pression luminale, le cisaillement et l'étirement sont intrinséquement couplés. Pour contrôler chaque contraintes indépendemment, j'ai exploré trois stratégies: (1) l'ajout d'une résistance hydraulique de longueur variable à la sortie du microcanal, (2) le changement de la largeur de l'hydrogel, et (3) la variation de la concentration de l'hydrogel. J'ai également démontré que la monocouche endothéliales agit comme une barrière contre le flux, ce qui explique les déformations plus importantes obtenues dans les canaux endothélialisés par rapport aux canaux sans monocouche cellulaire.L'actionnement par flux luminal peut également être vu comme un essai de compression hydraulique. La deuxième partie de ma thèse a été consacrée à l'étude de la dynamique du gel poroélastique dans ce nouvel essai. Trois réponses majeures ont été analysées : la dynamique de la dilatation du canal après une marche de pression, le champ de déformation et la propagation d'ondes dans le gel. Chacune de ces réponses conduit à des comportements dynamiques complexes, qui peuvent être exploités afin de calculer les paramètres poroélastiques de l'hydrogel, notamment le module d'Young et la permeabilité.La dernière partie de ma thèse a consisté en l'étude de la réponse des monocouches endothéliales à des forces de tractions statiques, où j'ai mis en évidence un nouveau comportement. Les cellules endothéliales ont été fortement remodelées, alignant leur forme globale, leur cytosquelette et leur noyau dans la direction de l'étirement, et cet effet était dépendant de la magnitude de la tension. Les jonctions adhérentes se sont remodelées en jonctions adhérentes focales, une structure spécialisée qui se forme sous tension. Le réseau d'actine corticale s'est également réorganisé en fibres de stress et les jonctions adhérentes focales ont permis la formation de câbles d'actine transcellulaires circonférentiels. En parallèle, j'ai proposé un cadre hypothétique pour la mécanique au long terme des monocouches observées dans cette expérience.En résumé, pendant ma thèse j'ai développé un microvaisseau-sur-puce qui peut soumettre les cellules à des forces de tension, caractérisé son comportement mécanique en détail, et étudié la réponse des cellules aux forces de tractions dans ce système, révélant un nouveau comportement collectif.

L’approche classique de l’ingénierie du tissu osseux vise à concevoir un substitut tissulaire associant des cellules ostéoprogénitrices à une matrice tridimensionnelle phosphocalcique capable de promouvoir la reconstruction osseuse. Le développement de l’impression 3D dans le domaine de la recherche en biomédical et plus particulièrement dans le domaine de la reconstruction osseuse a permis ces vingt dernières années, d’envisager de nouvelles solutions technologiques visant à améliorer les lacunes bien identifiées de l’approche classique : absence de hiérarchisation cellulaire, néovascularisation limitée, faible diffusion des nutriments et de l’oxygène.Malheureusement, les matériaux commerciaux disponibles pour l’impression 3D du tissu osseux sont peu développés et ne présentent pas à la fois une bonne biocompatibilité cellulaire et à la fois des propriétés mécaniques proches de celle du tissu osseux.L’objectif principal de ce travail a consisté à évaluer in vitro la faisabilité d’une co-impression d’un matériau phosphocalcique constituant l’ossature de la construction (scaffold) et d’une encre biologique. L’objectif secondaire de ce travail était le développement d’un matériau phosphocalcique imprimable et biocompatible.Pour répondre à ces problématiques, nous proposons de développer un matériau phosphocalcique à base de gélatine méthacrylée avec une synthèse d’hydroxyapatite directement dans la gélatine. Cette approche permet d’obtenir un matériau photopolymérisable post impression ayant une phase minérale répartie de façon homogène dans le matériau évitant ainsi l’obstruction de la seringue d’impression. L’encre cellulaire est composée de cellules MG63 issues d’un ostéosarcome humain associé à un hydrogel vecteur composé d’alginate et d’acide hyaluronique. Ce modèle cellulaire simple et bien décrit in vitro permet de répondre aux demandes de l’impression 3D qui nécessite un volume cellulaire important.Nos résultats montrent qu’il est possible d’imprimer sur la même imprimante, par extrusion, ce matériau avec une encre cellulaire composée de cellules MG63. Cette co-impression permet d’obtenir de façon organisée, une construction composée d’une part d’un matériau phosphocalcique recréant le micro-environnement mécanique et chimique de l’os, et d’autre part d’une encre cellulaire préservant la viabilité cellulaire lors de l’impression. De plus, les résultats des tests d’ostéodifférenciation semblent suggérer un potentiel ostéo-inducteur du matériau scaffold qui serait pertinent de confirmer avec un modèle cellulaire plus proche de la cellule ostéoblastique primaire.

Platelet Lysate (PL) is a blood derivative product naturally rich in growth factors such as VEGF, PDGF or TGF-ß1. This gives it the ability to stimulate host cells to promote healing and even regeneration of damaged tissue. Combined with calcium chloride and tranexamic acid, the PL can form a hydrogel composed of a three-dimensional network of fibrin, mimicking a natural extracellular matrix rich in growth factors in which cells find all the elements necessary for their development. The fields of application of these PLs are numerous and their use as bioactive materials can concern all medical disciplines. The objective of this thesis is to dry the hydrogel in order to develop a biomaterial of biological origin, based on platelet lysate, which meets the specifications of structures optimized for tissue regeneration. The manuscript is organized around five parts: 1) a state of the art on the topic in the literature, 2) the protocol designed to obtain the biomaterial, 3) its in vitro and in vivo characterizations, 4) the modifications that can be made to optimize its performances and finally 5) the legal and regulatory framework for its future use. PL hydrogel is dried using CO2 in a supercritical state, a process that makes it possible to obtain dry, porous and sterile materials. They may have a long shelf life, easier handling than hydrogels, and also a high capacity to rehydrate. The observations made by Scanning Electron Microscopy, as well as the analyses with the mercury porosimeter show that the dry foams have a total porosity rate of 83.42±4.85% with pores whose diameters vary between 3nm and 360µm. Monitoring of the VEGF release kinetics shows a prolonged release of growth factors over time without any loss during the drying process when the quantities are compared to those contained in the starting gels. The compressive strength of the foams is higher than that of PL hydrogels. Initial studies conducted in vitro on mesenchymal stromal cells and in vivo in a subcutaneous mouse model confirm the biocompatibility of the designed biomaterials. All these results offer promising prospects in the field of tissue regeneration and also make it possible to envisage the use of dry platelet lysate foams as a support for cell expansion in the context of cell therapy., Le Lysat Plaquettaire (LP) est un produit dérivé du sang naturellement riche en facteurs de croissance comme le VEGF, le PDGF ou encore le TGF-ß1. Cela lui confère la capacité de stimuler les cellules de l'hôte pour promouvoir la cicatrisation voire même la régénération des tissus lésés. Associé à du chlorure de calcium et de l'acide tranexamique, le LP peut former un hydrogel composé d'un réseau tridimensionnel de fibrine, mimant une matrice extracellulaire naturelle riche en facteurs de croissance dans laquelle les cellules trouvent tous les éléments nécessaires à leur développement. Les champs d'application de ces LP sont nombreux et leur utilisation en tant que matériaux bioactifs peuvent concerner toutes les disciplines médicales. L'objectif de cette thèse est de sécher l'hydrogel afin de développer un biomatériau d'origine biologique, à base de lysat plaquettaire, qui réponde au cahier des charges des structures optimisées pour la régénération tissulaire. Le manuscrit s'organise autour de cinq parties : 1) un état de l'art sur le sujet dans la littérature, 2) le protocole de conception du biomatériau, 3) sa caractérisation in vitro et in vivo, 4) les modifications qui peuvent lui être apportées pour optimiser ses performances et enfin 5) le cadre légal et règlementaire de son utilisation future. Le séchage de l'hydrogel de LP est réalisé grâce à l'utilisation du CO2 à l'état supercritique, un procédé permettant d'envisager l'obtention de matériaux secs, poreux et stériles. Ils pourront présenter une longue période de conservation, une manipulation plus aisée que celle des hydrogels, une capacité importante à se réhydrater et également un pouvoir hémostatique. Les observations réalisées au Microscope Electronique à Balayage, ainsi que les analyses au porosimètre à mercure montrent que les mousses sèches présentent une porosité totale de 83,42±4,85% avec des pores dont les diamètres varient entre 3nm et 360µm. Le suivi de la cinétique de relargage du VEGF démontre une libération prolongée de facteurs de croissance dans le temps sans qu'il n'y ait eu de perte au cours du procédé de séchage lorsque les quantités sont comparées à celles contenues dans les gels de départ. La résistance en compression des mousses se trouve supérieure à celle des hydrogels de LP. Les premières études menées in vitro sur des cellules stromales mesenchymateuses et in vivo sur un modèle murin sous-cutané confirment la biocompatibilité des biomatériaux conçus. L'ensemble de ces résultats offre des perspectives prometteuses dans le domaine de la régénération tissulaire et permet d'envisager également l'utilisation des mousses sèches de lysat plaquettaire comme support d'expansion cellulaire dans le cadre de la thérapie cellulaire.

Beyond the personalisation aspect that it can bring to the medical field, additive manufacturing also gives access to the elaboration of cellular structures. These structures, with controlled porosity, make it possible both to modulate the mechanical properties of the object and to promote the cellular invasion necessary in tissue engineering. Among the metals commonly used in orthopaedic surgery, titanium alloys are those with the rigidity least distant from that of bone. This study therefore focuses on the development of structures made of Ti6-Al-4V, but also of magnesium since it has the advantage of being resorbable in the body. The scaffolds are obtained by robocasting, a process consisting of extruding, layer by layer, a pasty ink made up of powder and binder. The structures have then to be debinded and sintered at high temperature to achieve their final properties. For Ti-6Al-4V structures, a parametric study is carried out to evaluate the possibilities and limits of the process in terms of structures (and microstructures), chemical compositions and mechanical properties obtained. After optimisation, it is possible to obtain parts with two levels of interconnected porosities (intra-filament (interconnected) microporosity, beneficial for cell adhesion according to the literature, and drawn macropores), keeping a specific yield strength higher than that of bone (105 MPa.cm³/g) and a Young's modulus close to that of bone (28-30 GPa). An intra-filament porosity gradient can also be obtained by varying the powder size within a single part. Concerning magnesium, a binder compatible with the reactivity of the powder (ethanol base) has been identified and the first steps of the process (printing, debinding) are therefore quite feasible for this material. However, conventional sintering of (pure) magnesium is complicated by its reactivity. Alternative sintering methods are therefore being investigated (liquid phase sintering, Spark Plasma Sintering)., Au-delà de l'aspect de personnalisation qu'elle peut apporter au domaine médical, la fabrication additive donne aussi accès à l'élaboration de structures cellulaires. Ces structures, de porosité maîtrisée, permettent à la fois de moduler les propriétés mécaniques de l'objet, mais aussi de favoriser l'invasion cellulaire nécessaire en ingénierie tissulaire. Parmi les métaux communément utilisés en chirurgie orthopédique, les alliages de titane sont ceux présentant la rigidité la moins éloignée de celle de l'os. Cette étude porte donc sur l'élaboration de structures en Ti6-Al-4V, mais aussi en magnésium puisqu’il présente l'avantage d'être résorbable dans l'organisme. Les scaffolds sont obtenus par robocasting, procédé consistant à extruder, couche par couche une encre pâteuse constituée de poudre et de liant. Les structures sont ensuite déliantées et frittées à haute température pour atteindre leurs propriétés finales. Concernant les structures en Ti-6Al-4V, une étude paramétrique est effectuée pour évaluer les possibilités et les limites du procédé en termes de structures (et microstructures), de compositions chimiques et de propriétés mécaniques obtenues.Après optimisation, il est possible d'obtenir des pièces présentant deux niveaux de porosités interconnectées (microporosité intra-filament (interconnectée), bénéfique pour l'accroche cellulaire d'après la littérature, et macropores dessinées), gardant une limite d'élasticité spécifique supérieure à celle de l'os (105 MPa.cm³/g) et un module d'Young proche de celui de l'os (28-30 GPa). Un gradient de la porosité intra-filamentaire peut également être obtenu en faisant varier la taille de poudre au sein d’une seule et même pièce. Concernant le magnésium, un liant compatible avec la réactivité de la poudre (base éthanol) a pu être identifié et les premières étapes du procédé (impression, déliantage) sont donc tout à fait réalisables pour ce matériau. Toutefois, le frittage conventionnel du magnésium (pur) s'avère compliqué du fait de sa réactivité. Des alternatives de frittage sont donc étudiées (frittage en phase liquide, SPS).

Mucosae represent one of the preferential entry sites for pathogens. Consequently, the mucosal immune system has been shaped to act as the first line of defense to prevent microorganisms’ invasions. Although common to different tissues, this immune system is highly compartmentalized. Then, once antigens are administered through mucosae, a vaccinal effect can be induced locally and in systemic circulation as well as at remote mucosal sites. Through sublingual route, it is especially possible to observe humoral and cellular responses in saliva and at vaginal and rectal mucosae. Thus, buccal vaccination is surely valuable for the development of formulations preventing infectious agents and especially pathogens sensitive toward strong mucosal immune responses such as HIV. Numerous obstacles are indeed restricting the development of a vaccine against this virus, among which the induction of a strong humoral and cellular immune response difficult to achieve by injected vaccines. Among possible alternatives, sublingual vaccination then presents numerous advantages such as a safe, accessible, and rapid delivery of prophylactic compounds. Moreover, this administration route is less restrictive than “classical” vaccines. Sublingual vaccination is nonetheless only partially developed due to formulations generally administered through liquid form inducing heterogeneous immune responses, mainly due to its dispersion in saliva. My project then aims at designing a sublingual patch of vaccination which can be functionalized by different formulations to induce an anti-HIV-1 mucosal immune response. Composed with biocompatible and biodegradable polymers, this scaffold aims at lengthening active agents’ delivery at the sublingual site to intensify the induced immune response. We then have designed a solid platform allowing the integration vaccinal compounds such as proteins and nanoparticular agents while demonstrating their bioactivity preservation in vitro. We were also able to validate the biocompatibility of this polymeric assembly in vitro by cytotoxicity assays and in vivo by histologic analysis and local pro-inflammatory cytokines secretion quantification after buccal administration of the patch. In a murine model, antigen release analysis allowed us to highlight the maintenance of cytokinic signatures after different formulations delivery. These results demonstrate both the versatility of the patch as well as its capacity to integrate numerous vaccinal formulations such as proteins or nanoparticles. Finally, we studied the humoral response induced by our patches by antigen-specific antibody quantification. This revealed the sublingual immunization capacity to induce SIgA secretion in feces and serum emphasizing some of our formulations’ bioactivity. Based on these observations, a wide panel of antigens and adjuvants integration in our delivery system allows their release on the sublingual compartment, thus stimulating an intensified immune response induction as compared to a liquid administration., Les muqueuses sont les principales voies d’entrée pour les agents infectieux. Par conséquent, le système immunitaire muqueux a évolué afin d’être la première ligne de défense prévenant les invasions de pathogènes. Ce système immunitaire, bien que commun aux différents tissus, est cependant très compartimentalisé. Ainsi, lors de l’administration muqueuse d’antigènes, un effet vaccinal peut être induit localement mais aussi dans la circulation systémique et au niveau de sites muqueux distants. Par la voie sublinguale, il est notamment possible d’observer une réponse humorale et cellulaire au niveau de la salive et des muqueuses vaginales et rectales. La vaccination par voie buccale présente donc un avantage certain dans le développement de formulations pour combattre des agents infectieux et notamment des pathogènes nécessitant une forte réponse immunitaire muqueuse tel que le VIH. De nombreux obstacles freinent en effet le développement de vaccins contre ce virus, parmi lesquelles l’induction d’une réponse humorale et cellulaire muqueuse difficilement atteignable par la vaccination par injection. Parmi les alternatives envisageables, la vaccination sublinguale présente donc de nombreux avantages parmi lesquelles une délivrance sûre, accessible et rapide de composés prophylactiques. De plus, cette voie d’administration est également moins contraignante que les vaccins « traditionnels ». Cependant, la vaccination sublinguale n’est encore que partiellement développée puisque les formulations sont généralement délivrées sous forme liquide, ce qui induit des réponses immunitaires particulièrement hétérogènes, principalement dû à un fort taux de dispersion du vaccin dans la salive. L’objectif de mon projet est donc de mettre au point un patch de vaccination sublingual permettant d’accueillir différentes formulations en vue de permettre l’induction d’une réponse muqueuse anti-VIH-1. Composé de polymères biocompatibles et biodégradables, ce support vise à prolonger la délivrance d’agents actifs au niveau du site sublingual afin d’intensifier la réponse immunitaire induite. Nous avons donc mis au point une structure solide capable d’accueillir certaines protéines et agents nanoparticulaires pouvant composer un vaccin, tout en démontrant in vitro la préservation de leur bioactivité au sein de cette dernière. Nous avons par la suite pu confirmer la biocompatibilité de cet assemblage polymérique in vitro par évaluation cytotoxique et in vivo, par analyse histologique et quantification de la sécrétion locale de cytokines pro-inflammatoires après administration buccale du patch. Dans un modèle murin, l’analyse de la libération d’un antigène incorporé au sein de cette structure nous a également permis de démontrer une prolongation du temps de contact entre la muqueuse sublinguale et la formulation par rapport à une libération liquide, démontrant ainsi les propriétés mucoadhésives du dispositif. La quantification d’un panel de cytokines pro-inflammatoires sécrétées localement et dans le compartiment systémique nous a permis de mettre en évidence le maintien des signatures cytokiniques après délivrance de différentes formulations. Ces résultats démontrent à la fois la versatilité du patch ainsi que sa capacité à accueillir de nombreuses formulations vaccinales tant protéiques que nanoparticulaires. Finalement, nous avons effectué une étude in vivo sur la réponse humorale par quantification d’anticorps spécifiques des antigènes incorporés dans nos patchs. Cette dernière a révélé la capacité de l’immunisation sublinguale à induire la sécrétion de SIgA dans les fèces et le sérum, soulignant ainsi la bioactivité de certaines de nos formulations. D’après ces observations, l’intégration d’un vaste panel d’antigènes et d’adjuvants au sein de notre système de délivrance permet la libération de ces derniers au niveau du compartiment sublingual, stimulant ainsi l’induction d’une réponse immunitaire intensifiée en comparaison à une administration liquide.

Progress in regenerative medicine is closely related to the elaboration of new biomaterial tailored to suit certain specifications. Biomaterials are expected to maintain and/or restore the healthy tissu's function and be easily implanted into patients. In this context, thermosensitive nanoparticles-based biomaterials are promising as they can be injected and, in response to a stimulus such as body temperature, they undergo in-situ self-assembly. We proposed an innovative strategy aiming at the design of a biomaterial by colloidal self-assembly based on the surface modification of hydrogel-based nanoparticles with a thermoresponsive copolymer. This work objective is to answer the following question: does surface modification of nanoparticles with a thermoresponsive copolymer induce to the particles thermosensitive properties? First, pH- and thermoresponsive copolymer PVAm-b-PNIPAM was synthetized and characterized to study its physico-chemical properties in aqueous medium, including its critical temperature and self-assembly properties. Hydrogel-based core/shell particles with diameter of around 500 nm were obtained by the layer-by-layer assembly of two natural polyelectrolytes, chitosan and alginate, coated onto silica core. Surface modification was characterized, 1H NMR and XPS confirmed the copolymer's presence onto the particles surface and a quantification was carried out by spectrofluorimetry. Finally, thermosensitive properties of the modified nanoparticles suspension was investigated and showed that a rise of temperature above the copolymer's critical temperature induced the destabilization of the suspension. This result answered positively to the problematic and confirmed the interest of such system for biomedical applications., Les progrès réalisés dans le domaine de la médecine régénérative sont intimement liés à la conception de nouveaux biomatériaux répondant à des cahiers des charges spécifiques. Les biomatériaux doivent maintenir l'intégrité du tissu sain environnant et être facilement implantés ou injectés chez les patients. Dans ce contexte, les biomatériaux à base de particules colloïdales thermosensibles sont très prometteurs car ils peuvent être injectés et, en réponse à un stimulus comme la température du corps, s'auto-assembler au niveau du site d'injection pour une application localisée. Nous proposons une stratégie innovante de mise en forme d'un biomatériau par auto-assemblage colloïdal : une modification de surface de nanoparticules à base d'hydrogel par un copolymère thermosensible qui permettrait un auto-assemblage thermo-induit. L'objectif de la thèse est de répondre à la problématique suivante : est-ce que la modification de surface des particules par un copolymère thermosensible leur apporte des propriétés d'auto-assemblage thermo-induit ? Dans un premier temps, le copolymère pH- et thermosensible PVAm-b-PNIPAM a été synthétisé et caractérisé dans le but de mettre en évidence l'influence du caractère pH-sensible du copolymère sur sa thermosensibilité et les conséquences sur l'auto-assemblage du copolymère en solution. Cette étude a permis de mettre au point des conditions de greffage du copolymère à la surface de nanoparticules composites cœur-couronne SiNP@CS/ALG, composées d'un cœur de silice recouvert d'un assemblage multicouche d'hydrogel de polyélectrolytes naturels, le chitosane et l'alginate et de diamètre hydrodynamique d'environ 500 nm. La modification de surface des nanoparticules a été caractérisée, la présence du copolymère thermosensible a été mise en évidence par RMN 1H et par XPS et quantifiée par spectrofluorimétrie. Enfin, l'évaluation des propriétés thermosensibles des nanoparticules modifiées en suspension a permis de montrer une déstabilisation de la suspension lorsque la température est élevée au-delà de la température critique du copolymère thermosensible. Ce résultat confirme l'intérêt d'un tel système thermosensible pour des applications biomédicales.

Ce travail porte sur l’évolution du sulfate de calcium dans le traitement des défauts osseux. Utilisé depuis très longtemps dans ces traitements, notamment dans le cadre de la tuberculose, le matériau a été transformé et adapté à une utilisation orale. Son rôle ostéo-conducteur est étayé par de nombreuses publications. Modifié et couplé au fil des années, il est à ce jour toujours employé lors de la réalisation de comblements osseux et présente de nombreuses indications lui permettant de faire partie d’un panel de biomatériaux de choix au vu d’une augmentation osseuse notamment pour envisager des plans de traitements implantaires. Nous nous intéresserons d’abord aux diverses lésions intra-osseuses susceptibles d’être traitées par comblement, puis nous aborderons le sulfate de calcium dans sa globalité suivi de son évolution, les modifications qui lui ont été apportées et les couplages à d’autres matériaux en vue d’améliorer ses propriétés et donc son utilisation clinique. Il s’agira enfin de présenter deux cas cliniques d’un matériau à base de sulfate de calcium prometteur utilisé par de nombreux praticiens aujourd’hui et de conclure sur la légitimité de son recours sur le marché des biomatériaux de traitements de défauts osseux disponibles.

Over the course of this work, the elaboration and the organocatalysed polymerisation and copolymerisation of morpholine-2,5-diones, monomers derived from α-amino acids, was studied. Firstly, an experimental protocol was developed, allowing for the synthesis of morpholine-2,5-diones from different amino-acids. The latter was then used for the production of a mix of morpholine-2,5-diones from a blend of amino-acids. This mixture of morpholine-2,5-diones was subsequently copolymerised using different catalysts. Next, the ring-opening polymerisation of 3S-(isobutyl)morpholine-2,5-dione as well as its copolymerisation with lactide was investigated via organocatalysis using 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene and a thiourea co-catalyst. This catalytic system granted great control over the synthesis of polydepsipeptides and poly(depsipeptide-r-lactide) copolymers. Finally, with the aim of reducing the environmental impact of the different reactions developed herein, mechanochemical and microwave-based procedures were investigated. Using these techniques, a range of morpholine-2,5-diones were successfully produced in a much simpler and faster manner whilst using considerably less solvent and energy. Mechanochemistry also proved successful for the organocatalysed ring-opening polymerisation of 3S-(isobutyl)morpholine-2,5-dione and its copolymerisation with lactide. This study grants access to the direct comparison between solution and mechanochemical based ROPs which is, to date, a mostly unexplored field.; Au cours de ce travail, l’élaboration, la polymérisation et la copolymérisation organocatalysée des morpholine-2,5-diones, des monomères cycliques produits à partir d’acides α-aminés, ont été étudiés. Dans un premier temps un protocole de synthèse de morpholine-2,5-diones, commun à plusieurs acides α-aminés a été développé. Celui-ci a pu être mis en application sur un mélange d’acides aminés, afin de produire des mélanges de morpholine-2,5-diones. Ces dernières ont alors été copolymérisées à l’aide de différents catalyseurs afin de démontrer le potentiel des copolydepsipeptides pour la valorisation de biomasse protéinée. Dans un second temps, la polymérisation organocatalysée de la 3S-(isobutyl)morpholine-2,5-dione et sa copolymérisation avec le lactide ont été étudiées en employant la 1,8-diazabicyclo[5,4,0]undéc-7-ène et une thiourée comme système co-catalytique. Celui-ci permet de synthétiser les polydepsipeptides et copolymères poly(depsipeptide-r-lactide)s de manière contrôlée. Finalement, afin de réduire l’impact environnemental de la synthèse des morpholine-2,5-diones et des polydepsipeptides, nous avons fait appel à la synthèse assistée par mécanochimie et par micro-ondes. A l’aide de ces techniques, une gamme de morpholine-2,5-diones a pu être produite avec bien plus de rapidité et de facilité qu’en solution, en utilisant considérablement moins de solvants et d’énergie. La mécanochimie a également été employée avec succès pour la polymérisation organocatalysée de la 3S-(isobutyl)morpholine-2,5-dione et pour sa copolymérisation avec le lactide. Cette étude permet une comparaison directe entre la ROP en solution et la ROP assistée par mécanochimie qui est, à ce jour, un domaine largement inexploré.

L’endoalvéolie maxillaire fait partie des malocclusions de la dimension transversale par déficit maxillaire. Sa prise en charge, préventive et interceptive, dès le plus jeune âge, est une priorité pour l’orthodontiste et les acteurs intervenant autour de l’enfant, afin de limiter les conséquences sur les bases osseuses et favoriser une croissance harmonieuse. Ainsi, il existe différents appareillages fixes ou amovibles, adaptés aux anomalies et aux stades de denture. Des dispositifs d’expansion palatine en alliages de type Nickel-titane sont aujourd’hui proposés afin de délivrer des forces légères et continues. L’objectif de ce travail est d’étudier l’intérêt des biomatériaux à mémoire de forme pour la prise en charge des anomalies du sens transversal. Dans un premier temps, nous rappellerons les différents moyens de traitement interceptifs du sens transversal, puis nous aborderons les nouvelles stratégies thérapeutiques et l’apport des alliages à mémoire de forme. Enfin, nous proposerons un protocole de recherche clinique comparant trois dispositifs orthodontiques dans le traitement interceptif de l’endoalvéolie maxillaire : le quad’hélix, le transforce et le palatal expander.

Mesenchymal stem cells (MSC) are widely used in cell therapy and tissue engineering. Their interest is linked to their paracrine activity and their differentiation potential. MSC are rare cells that need to be amplified at large scale for clinical applications. Since MSC are adherent cells, they may be amplified in bioreactors with the help of microcarriers. In order to improve MSC production both qualitatively and quantitatively, it is necessary to adapt the different culture parameters. In collaboration with Carroucell industry, we studied the behavior of MSC from adipose tissue (ASC) along their culture on innovative silica disc microcarriers. In comparison with spherical commercial microcarriers, disc microcarriers increase culture homogeneity, decrease aggregation related cell death and improve cell harvesting step. In spinner flasks, interesting yields have been obtained and harvested cells kept an excellent viability, their specific markers expression as well as their differentiation ability. Therapeutic potential of MSC is linked to their paracrine activity. These last years, extracellular vesicles (EV) produced by MSC were thereby largely studied at preclinical step. As for the MSC themselves, EV production needs to be improved quantitatively for a clinical application. Along this thesis, the interest of a microcarriers based culture on EV production by ASC was assessed. In comparison with 2D culture, produced EV amount was almost twice higher. Samples are mainly composed of exosomes. Nevertheless, an optimization of both culture conditions and EV isolation will be required to ameliorate obtained yields as well as obtained samples.Associated with stem cells, biomaterials showed interesting therapeutic potential for the treatment of numerous pathologies. For bone repair, one of the main treatments failing cause is linked to bacterial infections. In order to limit antibiotic using, new biomaterial possessing both bactericidal and osteogenic properties shall be developed. In collaboration with Elena Ivanova’s team (RMIT, Melbourne, Australia), ASC behavior on nanostructures induced antibacterial titanium biomaterials was investigated. Those materials permit ASC adhesion while modifying cell morphology and focal adhesion formation. Moreover, nanostructured scaffolds permit cell proliferation, are not toxic and ASC keep their multipotency. Finally, in the case of prolonged cultures, these biomaterials showed osteoinducive properties. That is why these nanostructured titanium biomaterials are promising for their future using as implants for bone regeneration., Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont largement utilisées en thérapie cellulaire et en ingénierie tissulaire. Leur intérêt est lié à leur activité paracrine ainsi qu'à leur capacité de différenciation. Les CSM sont des cellules rares qui ont besoin d’être amplifiées à grande échelle pour une utilisation clinique. Comme ce sont des cellules adhérentes, elles peuvent être amplifiées en bioréacteurs via l'utilisation de microporteurs. Afin d’améliorer qualitativement et quantitativement la production de CSM, il est nécessaire d’adapter les différents paramètres de culture. En collaboration avec la société Carroucell, nous avons étudié le comportement de CSM issues de tissu adipeux (ASC) lors de leur culture sur des microporteurs de silice originaux, ayant une forme discoïdale. En comparaison avec des microporteurs sphériques commerciaux, les microporteurs disques permettent une culture plus homogène, limitent la mort cellulaire liée à l’agrégation et favorisent l’étape de décollement. En spinner flasks, des rendements intéressants ont été obtenus et les cellules récupérées ont conservé une très bonne viabilité, l’expression de leur marqueurs spécifiques ainsi que leur capacité de différenciation. Le potentiel thérapeutique des CSM est lié à leur activité paracrine. Ces dernières années, les vésicules extracellulaires (EV) issues de CSM ont donc été largement étudiées au niveau préclinique. À l’image des CSM, la production d’EV nécessite d’être améliorée au niveau quantitatif pour une utilisation clinique. Au cours de cette thèse, l’intérêt d’une culture sur microporteurs dans la production d’EV par les ASC a été étudié. En comparaison avec une culture 2D, la quantité d’EV produite est près de deux fois supérieure. Les préparations sont composées majoritairement d’exosomes. Néanmoins, une optimisation des conditions de culture et d’isolement des EV sera nécessaire à l’amélioration des rendements et de la pureté des échantillons obtenus.Associés au cellules souches, les biomatériaux ont démontré un potentiel thérapeutique intéressant pour le traitement de nombreuses pathologies. Dans le cas de la reconstruction osseuse, les échecs de traitements sont principalement liés aux infections bactériennes. Afin de limiter l’utilisation d’antibiotiques, de nouveaux biomatériaux possédant des propriétés bactéricides et ostéogéniques doivent être développés. En collaboration avec l’équipe d’Elena Ivanova (RMIT, Melbourne, Australie), le comportement d’ASC sur des biomatériaux de titane rendus antibactériens grâce à une topographie nanostructurée a été étudié. Ces matériaux nanostructurés permettent l’adhérence des ASC, tout en modifiant la morphologie des cellules et la formation d’adhérences focales. De plus, les supports nanostructurés permettent la prolifération des cellules, ne sont pas toxiques et les ASC conservent leurs propriétés multipotentes. Enfin, lors de cultures prolongées, ces biomatériaux ont démontré des effets ostéoinducteurs. Ces biomatériaux de titane nanostructurés sont donc prometteurs pour une future application en tant qu'implants pour la régénération osseuse.

Le développement de la dentisterie a minima et des techniques de collages en restauration indirecte ont entrainé de nouveaux questionnements quant à la gestion de la temporisation et de l’assemblage. Cette étude a ainsi cherché à analyser l’influence de différents facteurs sur l’état de la couche adhésive lors du collage de pièces prothétiques comme la réalisation ou non de scellement dentinaire immédiat, le type d’adhésif utilisé (« Optibond FL® » ou « Scotchbond Universal® »), ou la photopolymérisation de l’adhésif avant assemblage. L’étude a été réalisée au microscope électronique à balayage sur huit échantillons dentaires. Le groupe avec scellement dentinaire immédiat présente des couches adhésives plus épaisses que le groupe sans. Le groupe Sotchbond Universal® présente des couches adhésives de meilleure qualité et plus épaisses que le groupe Optibond FL® utilisé dans les mêmes conditions. Des mélanges de phases entre colle composite et adhésif sont observés sur les échantillons avec « Scotchbond Universal® » non photopolymérisé. L’utilisation du « Scotchbond Universal® » avec scellement dentinaire immédiat préalable, non photopolymérisé avant assemblage, semble donner l’interphase adhésive la plus intéressante. Ces résultats devront être corrélés à des tests d’adhérence.

Les restaurations partielles collées sont devenues des alternatives reconnues afin de respecter au mieux les notions d’économie tissulaire et de biomimétisme. La décision de réaliser un inlay-onlay en première intention suit le gradient thérapeutique décrit par Gil Tirlet et Jean-Pierre Attal. Selon ce concept, la mise en place d’une couronne périphérique n’est plus systématique et ouvre de nombreuses perspectives de restauration ad intégrum de la dent.L’essor des techniques d’assemblages et de la CFAO ouvre notre plateau technique à une multitude de biomatériaux disponibles pour remplacer une perte tissulaire de moyenne à grande étendue. Ce travail a pour ambition : de faire le point biomécanique des matériaux de restauration mis à disposition du praticien pour les restaurations indirectes de l’organe dentaire : composites de laboratoire ou usinés, céramique dentaires et matériaux hybrides ; de proposer un arbre décisionnel : quel matériau, pour quelle restauration, dans quel environnement ?C’est l’analyse, la compréhension des propriétés et du comportement des structures dentaires qui seront confrontées au choix thérapeutique et esthétique de nos matériaux de restauration qui doivent guider le choix du praticien et ce, dans le concept du respect du « biomimétisme ».

During life, any human being can face shocks, traumas which can affect the orofacial sphere. As these accidents can lead to dental lesions, the dental surgeon will have to act quickly in order to preserve dental structures as much as possible. The management of the post-extraction bone volume is a key point for the treatment (aesthetics, realization of a dento-supported or implant-supported prosthesis ...). Indeed, the alveolar resorption following the expulsion of the traumatized tooth (both in height and in thickness) is a physiological and inevitable phenomenon. Therefore, the dental surgeon must be aware of the techniques available : atraumatic avulsion (use of a periotome, root section, forced orthodontic eruption, etc.), management of the bone volume based on the guided bone regeneration (use of membrane and biomaterials fillers).; Au cours de la vie, tout être humain peut faire face à des chocs, des traumatismes pouvant avoir une incidence sur la sphère orofaciale. Ses accidents pouvant entraîner des lésions dentaires, le chirurgien-dentiste devra traiter la situation avec urgence afin de préserver au maximum les structures dentaires. La gestion du volume osseux post-extractionnel est un moment clef pour la suite du plan de traitement (esthétique, réalisation d’une prothèse dento-portée ou implanto-portée...). En effet la résorption alvéolaire consécutive à l’avulsion de la dent traumatisée (tant en hauteur qu’en épaisseur) est un phénomène physiologique et inévitable. Le chirurgien-dentiste doit alors avoir connaissance des techniques qui lui sont offertes : avulsion atraumatique (utilisation d’un périotome, section radiculaire, éruption orthodontique forcée…), gestion du volume osseux basée sur la régénération osseuse guidée (utilisation de membrane et de biomatériaux de comblements).

Osteoarthritis, asymptomatic disease until reaching an advanced stage, represent a major health problem, the most efficient treatment being the replacement of the joint by an implant. Despite numerous optimization studies, the in vivo lifespan of implants remains very disappointing compared to extrapolations from ex vivo simulations. In this context, the purpose of this study is to identify the wear mechanisms of the knee implants (third body flows, velocity accommodation mechanism of CrCo / UHMWPE bearing surfaces) and to understand their in vivo tribological behaviour compared to the ex vivo simulations, as a response to optimize their manufacturing and to increase their in vivo lifespan. The first results from in vivo tribological investigation of two retrieved implants revealed two different wear mechanisms leading to wear rates of 1 :10. Low wear rates have been correlated with the presence of a third body layer, constituted by a mixture of large particles of UHMWPE and synovial fluid "trapped inside the contact". The high wear rates have been correlated with the ejection of small particles outside the contact. To explain the origin of these flows, two tribometers have been adapted: first one, dedicated to reproduce more precisely the knee implant surfaces kinematics and the second one to analyze in situ the different activated flows. Moreover, a biomimetic synovial fluid has been developed by reproducing the composition and the structure of the real synovial fluid. The tribological behavior of this synovial fluid has been compared with the standard lubricant according to the ISO14243-1 standard. Measurements of the friction coefficient correlated with the in situ visualization of the third bodies flows allowed the reconstruction of the in vivo friction mechanisms. This reconstruction revealed the role of two optimization parameters: one related to the machining of the UHMWPE surface, beeing able to trap the lubricant and promoting the most hydrodynamic bio-lubrication possible; the other linked to the increase of bearing capacity of the third body by phopholipid vesicles., L’arthrose, maladie asymptomatique jusqu’à un stade avancé, pose un problème de santé majeur, le seul traitement efficace est la pose d'un implant; ce qui n’est qu’un pis-aller car malgré de nombreuses études d’optimisation, la durée de vie in vivo de ces implants reste encore très décevante par rapport aux extrapolations issues de simulations ex vivo. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est d’identifier les mécanismes d’usure des implants de genou (débits source de troisième corps, couple de frottement CrCo/UHMWPE) et de comprendre leur fonctionnement in vivo par rapport aux simulations ex vivo afin de trouver des solutions pour optimiser leur fabrication. Les premiers résultats issus d’expertises tribologiques in vivo ont révélé deux mécanismes d’usure conduisant à des débits d’usure variant dans un rapport dix. Les faibles débits d’usure ont été corrélés avec la présence d’une couche de troisième corps, composée par un mélange de grosses particules d’UHMWPE et de liquide synovial qui «restent en contact». Les forts débits d’usure ont été corrélés au débit d’éjection de petites particules. Pour expliquer l’origine de ces débits, deux tribomètres ont été adaptés: l’un pour reproduire plus précisément les mouvements du genou et l’autre pour analyser in situ les différents débits activés. Pour cela, un lubrifiant biomimétique a dû être mis au point en reproduisant la structure et la composition du liquide synovial. Le comportement de ce liquide a été validé par comparaison avec celui du lubrifiant standard ISO14243-1. Des mesures du coefficient de frottement corrélées avec le suivi in situ des débits de troisièmes corps ont permis de reconstituer les mécanismes de frottement in vivo. Cette reconstitution a révélé le rôle de deux paramètres d’optimisation: l’un lié à l’usinage de la surface en UHMWPE pour qu’elle piège du lubrifiant tout en favorisant une bio-lubrification la plus hydrodynamique possible; l’autre lié à l’accroissement de la portance du troisième corps par des vésicules lipidiques.

Degenerative shoulder pathologies are currently treated by total shoulder arthroplasty (joint replacement) or hemiarthroplasty. Despite the success of this treatment, the complication rate reaches 22 % due to the complex nature of joint mechanics and limited bone stock. In this context, for young patients with degenerative glenohumeral joints, a new generation of interposition implant has been developed. The implant, designed with an original spherical shape, is inserted without fixation between the glenoid cartilage and a surgically created humeral bone cavity. Cobalt-chromium (CoCr) is the most used biomaterial in shoulder arthroplasty; however, Pyrocarbon (PyC) is selected for the new implant for its elastic modulus similar to that of cortical bone. Short-term clinical results showed minimal bone and cartilage wear and good bone remodelling in contact with the implant. However, the origin of these results is not yet well understood. In this framework, the previous study on human explants in the laboratory showed that humeral bone remodelling involves the synthesis of a neocartilaginous tissue, which partly explains the favourable clinical results. However, these results are more controversial on the scapula side because of cartilage erosion. Therefore, the effect of PyC and the geometry of the implant on the remodelling of the surrounding tissues need investigation. Thus, this thesis aims to understand the origin of tissue remodelling on the bone and cartilage side. The first step of our strategy is to carry out three parallel studies to dissociate the role of the biology (cellular response), the impact of the material (PyC vs CoCr), and the involvement of mechanical stresses transmission (living tribological triplet). The second step is to validate the results thus obtained by associating the different aspects in an in vitro model based on tissue bioengineering principles. Consequently, our methodology was based on 1) the expertise of retrieved explants; 2) the analysis of murine primary chondrocytes cultures in contact with PyC and CoCr; 3) the testing of in vitro biotribological simulations; and 4) the design and validation of a simulator allowing to combine the biological, physicochemical and tribological results obtained previously. The final results showed better chondrogenic and osteogenic cell activity in the case of PyC compared to CoCr. They were correlated on the one hand with better adsorption of the lubricating molecules, phospholipids, on the surface of PyC and the other hand with an optimal transmission of the mechanical stress due to its properties and geometry. Furthermore, the in vivo control of transmission of mechanical stresses is essential to guarantee good results in the long term. Besides, this thesis opens up fresh perspectives on the control of this transmission through biomaterials and their geometries for cartilage regeneration, Les pathologies dégénératives de l’épaule sont traitées par arthroplastie totale ou hémiarthroplastie. Malgré le succès de ce traitement, le taux d’échec augmente à 22 %. Dans ce cadre, pour des patients ayant un stock osseux très limité, une nouvelle génération d'implants d'interposition a été développée. L’implant, dont l’originalité est la forme sphérique, est introduit sans fixation dans l’articulation. Il est en contact direct avec le cartilage de l’omoplate et une cavité humérale osseuse créée chirurgicalement. Bien que le chrome-cobalt (CrCo) soit le matériau le plus utilisé pour l’arthroplastie de l’épaule, le pyrocarbone (PyC) a été choisi pour le nouvel implant car il a un module d’élasticité proche de celui de l’os. Les résultats cliniques à court terme ont montré une usure minimale du cartilage et un bon remodelage osseux au contact avec l’implant. Cependant, l’origine de ces résultats n’est pas encore bien comprise. Dans ce contexte, les précédents travaux au laboratoire ont montré que le remodelage osseux côté humérus implique la synthèse d’un tissu néocartilagineux expliquant en partie les bons résultats cliniques. En revanche, ces résultats du côté de l’omoplate sont beaucoup plus controversés. Par conséquent, des interrogations se posent sur l’effet du PyC et de la géométrie de l’implant sur le remodelage des tissus adjacents. Cette thèse vise donc à comprendre l’origine de ce remodelage coté humérus et omoplate. Pour cela, notre stratégie est d’effectuer en première étape trois études parallèles pour découpler le rôle de la biologie (réponse cellulaire), du matériau (PyC vs CrCo) et de la transmission des contraintes mécaniques (triplet tribologique vivant). En deuxième étape, notre stratégie consiste à coupler les différents aspects dans un modèle in vitro s'appuyant sur les principes de la bio-ingénierie tissulaire. Pour ce faire notre méthodologie a été basée sur : 1) l’expertise d’explants in vivo (analyses histologiques et lipidomiques), 2) le développement in vitro des cultures cellulaires primaires de chondrocytes murins en contact avec les deux matériaux, 3) les simulations bio-tribologiques in vitro et 4) la conception et la validation d’un simulateur qui a permis de combiner les résultats biologiques, physicochimiques et tribologiques obtenus précédemment. Les résultats ont montré une meilleure activité cellulaire chondrogénique et ostéogénique dans le cas du PyC par rapport au CrCo. Cela a été corrélé d’une part à une meilleure adsorption des molécules lubrifiantes, les phospholipides, sur la surface du PyC et d’autre part à une transmission optimale des contraintes mécaniques due à ses propriétés et à sa géométrie. Par ailleurs, le contrôle de la transmission des contraintes mécaniques in vivo est essentiel pour garantir de bons résultats à long terme. De plus, cette thèse ouvre des perspectives vers le contrôle de cette transmission via les biomatériaux et leurs géométries afin de régénérer le cartilage.

The preservation of pulp vitality must be a concern of every dental surgeon on a daily basis to maintain a tooth on the arcade. Today modern dentistry is evolving, techniques are developing, new biomaterials are emerging, and we can see that root canal treatment is not, in finality, the systematic treatment to be carried out during a pulp exposure. The problem in our practice is note to make the right diagnosis or not, but above all to make the right therapeutic decision and for the right reasons. The definitive cameral pulpotomy, corresponding to the removal of the coronary pulp from a tooth, is a pulpo-dentinary treatment decision that we possess in our therapeutic arsenal. We will show its indications, the decision criteria that lead us to choose this treatment at the expense of another, as well as its implementation protocol. We will then describe the biomaterials used in this treatment. Finally, though very recent literature reviews, we will try to show the successes of this treatment but also its limitations.; La préservation de la vitalité pulpaire doit être une préoccupation de tout chirurgien-dentiste au quotidien pour maintenir de façon pérenne une dent sur l’arcade. Aujourd’hui la dentisterie moderne évolue, les techniques se développent, de nouveaux biomatériaux apparaissent et on s’aperçoit que le traitement canalaire n’est pas, en finalité, le traitement systématique à réaliser lors d’une exposition pulpaire. Le problème dans notre pratique, ce n’est pas de réaliser ou pas le bon diagnostic mais c’est surtout de prendre la bonne décision thérapeutique et pour de bonnes raisons. La pulpotomie camérale définitive, correspondant à l’éviction de la pulpe coronaire d’une dent, est une décision de traitement pulpo-dentinaire que nous possédons dans notre arsenal thérapeutique. Nous montrerons dans cette thèse ses indications, les critères de décision qui nous poussent à choisir ce traitement au détriment d’un autre, ainsi que son protocole de mise en œuvre. Par la suite, nous décrirons les biomatériaux utilisés dans le cadre de ce traitement. Enfin, au travers de revues de littératures très récentes, nous essaierons de montrer les réussites de ce traitement mais aussi ses limites.

Due to the advent of bonding and dentists’ awareness of the principle of tissue economy, indirect bonded partial restorations occupy a major place in the practice of modern dentists.Many biomaterials intended for this use are available today, this work aims to give the clinician elements to guide the choice during clinical exercise. To do this, some essential reminders on the properties of dental tissues are discussed in the first part, then the reading of articles allowed to comment on the characteristic properties of different materials as well as their success rate in vivo and the main causes of failure. Even if it is still difficult to assert a frank superiority of a material for all clinical situations, overall vitreous ceramics obtain good long-term results.The most recent research gives hope for the advent of new biomaterials reaching a higher level of biomimicry.; De par l’avènement du collage et la sensibilisation des praticiens au principe d’économie tissulaire, les restaurations partielles indirectes collées occupent une place majeure dans la pratique de l’odontologiste moderne. De nombreux biomatériaux destinés à cet usage sont aujourd’hui disponibles, ce travail vise à donner au clinicien des éléments afin de guider le choix lors de l’exercice clinique. Pour ce faire quelques rappels essentiels sur les propriétés des tissus dentaires sont abordés dans une première partie, puis la lecture d’articles a permis de commenter les propriétés caractéristiques des différents matériaux ainsi que leur taux de succès in vivo et les principales causes d’échec. Même s’il est encore difficile d’affirmer une supériorité franche d’un matériau pour toutes les situations cliniques, globalement les céramiques vitreuses obtiennent de bons résultats à long termes. Les plus récentes recherches laissent présager l’avènement de nouveaux biomatériaux atteignant un niveau supérieur de bio mimétisme.