3-1-2 Analyse par diffraction des rayons X

La figure II-21 montre l’évolution les diagrammes de diffraction des rayons X au fur et à mesure de la réaction de prise du ciment de référence. On remarque la diminution de l’intensité des raies caractéristiques de la vatérite (2 = 21°, 23° et 29°) et celle de la brushite (2 = 25° et 27°) lors de la maturation de la pâte du ciment, et ce au dépend de la formation de la phase apatitique, caractérisée par l’augmentation de l’intensité des raies de diffraction à 2 = 26° et 32°. Ces observations sont en accord avec l’analyse faite par spectroscopie FTIR.

10 _{La quantification relative déterminée à partir de la normalisation des spectres n'a certes pas}

de sens physicochimique mais permet une bonne visualisation de l’évolution des phases. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 % m ass iqu e Temps (heures) Ap V B

70

Figure II-21 : Diagrammes de diffraction des rayons X du ciment de référence après différents temps de maturation au cours de la prise (5 min – 48 h) : (a) 2de 20 à 34° ;(b) 2de 28 à 30° ; (c) 2de 24 à 28°.

71

L’étude comparée de l’évolution des différentes phases (brushite, vatérite et apatite) lors de la réaction de prise du ciment a été réalisée à travers leur quantification relative à partir de l’intensité des raies respectives à 2 = 29°, 25° et 26°. Pour cela, les quantités maximales seront attribuées arbitrairement à un taux massique de 100 % au début de la réaction pour la brushite et la vatérite et à la fin pour l’apatite. Les résultats reportés sur la figure II-22 indiquent qu’après 48 h d’évolution, la brushite a été entièrement consommée (100 %), contre 42 % pour la vatérite. L’étape la plus importante de la réaction de prise se déroule avant 24 h et les teneurs résiduelles en réactifs et celle de l’apatite formée ne semblent pas évoluer de manière significative durant la période de maturation entre 24 h et 48 h.

Figure II-22 : Evolution de la quantité relative de brushite, de vatérite et d’apatite au cours de la prise du ciment (évaluation à partir des diagrammes de RX).

L’étude comparée menée par diffraction des RX et spectroscopie FTIR montre (figure II-23) une similitude d’évolution des teneurs relatives de la vatérite et de l’apatite au cours de la prise du ciment; cependant la dissolution de la brushite évaluée par DRX à quatre heures et six heures semble plus rapide comparée à celle évaluée par spectroscopie FTIR.

-5

20

45

70

95

0

10

20

30

40

50

%

m

as

si

que

Temps (h)

Ap

V

B

72

Figure II-23 : Comparaison des résultats des analyses semi-quantitatives

obtenues par diffraction des RX et par spectroscopie FTIR pour

l’évolution au cours du temps de la composition relative du ciment de référence en vatérite (a), en brushite (b) et en apatite (c).

50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 % m as sique Temps (heures) V (DRX (27°)) V (IR(754cm-1) (a) -5 10 25 40 55 70 85 100 0 10 20 30 40 50 % m as sique Temps (heures) B (DRX (29°)) B (IR(523 cm-1)

(b)

(d)

73 CONCLUSION

Dans la première partie de ce chapitre, nous avons synthétisé et précisé les caractéristiques physicochimiques de l’hydroxyapatite et de l’apatite nanocristalline carbonatée, qui serviront de supports pour l’étude d’adsorption qui est présentée dans le chapitre III. L’hydroxyapatite obtenue montre des raies fines et bien résolues ce qui atteste d’un état bien cristallisée ; cependant, les raies larges et mal résolues notées pour l’apatite nanocristalline carbonatée témoignent d’une apatite de basse cristallinité analogue au minéral osseux. L’analyse par DRX et spectroscopie d’absorption IR indique que ces composés sont minéralogiquement purs et exempts de toute phase étrangère autre que l’apatite.

Dans la deuxième partie de ce chapitre, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à la caractérisation de la brushite et la vatérite qui sont les poudres réactives nécessaires à l’élaboration du ciment de référence. Les analyses physico-chimiques par DRX et spectroscopie d’absorption IR confirment la pureté des composés synthétisés.

Le ciment de référence a été élaboré à partir d’un mélange équimassique de vatérite et de brushite ; le mécanisme de formation du ciment passe par la dissolution des réactifs suivis d’une précipitation, ce qui conduit à la formation d’une nouvelle phase : l’apatite. L’analyse par DRX, spectroscopie d’absorption IR et MEB confirme que cette nouvelle phase correspond à une apatite carbonatée analogue au minéral osseux.

L’étude de la cinétique de prise du ciment de référence réalisée par une analyse semi- quantitative par spectroscopie d’absorption infrarouge et par DRX montre qu’il est possible de suivre l’évolution de la composition du ciment lors de la prise et de préciser les processus physico-chimiques impliqués lors de la prise de ce ciment. La quantification par ces deux méthodes permet d’évaluer l’évolution de la quantité relative de brushite, de vatérite et d’apatite au sein de la pâte du ciment au cours de sa prise et de son durcissement.

CHAPITRE III

ASSOCIATION DE PHOSPHATE DE

CALCIUM AVEC UN ANTIBIOTIQUE :

CAS DE L’ACIDE FUSIDIQUE &

FUSIDATE DE SODIUM

76

Ce chapitre est destiné à l’étude de l’association de l’antibiotique avec les phosphates de calcium élaborés ; il est divisé en deux parties. La première porte sur l’interaction du fusidate de sodium avec des apatites de synthèse ; c’est une étape déterminante dans le processus de développement de biomatériaux pour une libération localisée et contrôlée de molécules actives. Les principaux paramètres susceptibles d’affecter la capacité de rétention et de libération du principe actif seront déterminés. Pour cela, les caractéristiques physicochimiques du support (stoechiométrie, index de cristallinité, état de surface, composition chimique) et la concentration de la molécule active ont été prises comme variables expérimentales afin de spécifier le mode d’association de l’antibiotique avec les matériaux examinés.

La seconde partie du chapitre focalise sur la formulation et la caractérisation physicochimique d’un ciment mixte à base de phosphate de calcium et de carbonate de calcium incluant le principe actif. Une attention particulière sera apportée à la mise en lumière des paramètres susceptibles d’affecter les caractéristiques du produit final. Ainsi, l’influence de la voie d’association de l’antibiotique avec le ciment, la dose de l’antibiotique et la quantité d’eau nécessaire pour l’élaboration du ciment (rapport Liquide/Solide) sur les caractéristiques du système préparé ont été examinées. La prise en considération de ces facteurs permet de mieux contrôler l’aptitude du ciment à l’association et également à la libération du principe actif pour la conception d’un système à délivrance locale et prolongée d’un antibiotique.

PARTIE A

ETUDE PRELIMINAIRE DE

L’INTERACTION ENTRE APATITES ET

FUSIDATE DE SODIUM

80 INTRODUCTION

L’interaction entre phosphates de calcium apatitiques et molécules biologiquement actives a fait l’objet de nombreux travaux en raison de leur importance dans le domaine biomédical. Les études d’adsorption effectuées ces dernières années concernent principalement des acides aminés [Misra, 1997, Benaziz et al., 2001, El Rhilassi et al., 2012], des protéines [Barroug et al., 2008; Ouizat et al., 1999 ; Kandori et al., 2011] des agents anticancéreux [Barroug et al., 2004; Lebugle et al., 2002 ] et des bisphosphonates [Nancollas et al. 2006, Pascaud et al., 2014 ; Errassifi et al., 2014 ]. Toutefois, les investigations engagées sur l’association en solution d’antibiotiques et d'apatites sont rares [Ginebra et al., 2012;, Cazalbou et al., 2015 ; Baradari et al., 2012] et ne semblent fournir des données précises sur la nature physicochimique du processus d’interaction de ces molécules avec des substrats apatitiques. Dans cette perspective, nous nous proposons d'étudier le processus d'adsorption du fusidate de sodium par des apatites de synthèse. Il s’agit de l’hydroxyapatite, matériau bien cristallisé largement utilisé pour l’élaboration de biocéramiques; cependant ce matériau reste assez éloigné de la composition et de la nature réelle du minéral des tissus calcifiés et de leurs propriétés [Rey, 1990]. Ainsi, complémentairement nous avons examiné la réactivité d’une apatite nanocristalline carbonatée de basse cristallinité qui s’apparente le mieux au minéral osseux ainsi qu’à l’apatite formée au cours de la prise du ciment que nous étudions dans ce travail de thèse; les nanocristaux de ces apatites nanocristallines sont dotés à leur surface d’une couche hydratée très réactive et riche en ions labiles positionnés dans des « environnements non apatitiques ». Parallèlement, l’interaction du fusidate avec un ciment préparé à base de phosphate et de carbonate de calcium et destiné à jouer le rôle de support pour la délivrance de l’antibiotique a également été étudiée.

Cette étude vise à mieux connaitre la nature physicochimique du processus d’interaction (phénomènes d’adsorption/désorption) du fusidate avec les apatites biologiques ainsi que celle constituant le ciment étudié. Pour cela, les caractéristiques du solide et de la solution ont été prises comme variables expérimentales. L’évaluation de la capacité de rétention des matériaux apatitiques sera d’un apport pour la compréhension des phénomènes qui interviennent lors de l’association du principe actif avec le biomatériau et de sa libération

in vitro et in vivo.