Objectifs de notre étude

L’objectif principal de notre étude était de développer un matériau qui présente une forte réactivité de surface dans le but de lui donner des propriétés ostéoinductrices par association avec de la rhBMP-2. Nous avons basé notre projet sur plusieurs hypothèses :

Hypothèse 1 : L’ajout d’un revêtement d’apatite biomimétique à la surface de céramiques phosphocalciques frittées ostéoconductrices est susceptible d’augmenter la surface spécifique et la réactivité des échantillons.

Hypothèse 2 : Augmenter la réactivité de surface des échantillons devrait permettre d’adsorber une grande quantité de protéine, et notamment de rhBMP-2, et une libération progressive dans le temps.

Hypothèse 3 : La combinaison (céramiques phosphocalciques + revêtement + rhBMP-2) serait plus ostéoinductrice que les échantillons sans revêtement biomimétique.

Hypothèse 4 : Etant donné sa forte réactivité, le revêtement à lui seul – sans ajout de facteurs de croissance – pourrait avoir un certain potentiel ostéoinducteur.

Pour valider ou infirmer ces hypothèses, nous avons réalisé un projet en différentes étapes. La première phase du projet comprenait le développement d’un revêtement d’apatite nanocristalline carbonatée analogue au minéral osseux sur des céramiques phosphocalciques. Des céramiques poreuses de phosphate de calcium biphasique (HA/β-TCP : 65/35) nous ont été fournies par la société Teknimed. Le choix de cette composition a été réalisé en raison des bonnes propriétés ostéoconductrices et la résorbabilité progressive de telles céramiques. La méthode de revêtement était basée sur des expériences préliminaires réalisées au sein du laboratoire du CIRIMAT. Dans un premier temps, il a été nécessaire de mettre au point les conditions expérimentales en vue d’obtenir un revêtement assez homogène et réactif. Plusieurs expériences ont été réalisées et différents types de revêtements ont été obtenus. Une sélection de ces revêtements par l’étude de l’adsorption d’une protéine modèle, l’albumine de sérum bovin a été effectuée. Ces différentes études, ne seront cependant pas présentées ici. A l’issue de ces expériences, deux revêtements, basés sur un même type de protocole, ont été choisis. Une caractérisation physico-chimique poussée a été réalisée sur ces échantillons. La réactivité de ces échantillons a ensuite été évaluée. Pour cela, nous avons comparé, d’une part, les capacités d’échanges ioniques et, d’autre part, les capacités d’adsorption de la rhBMP-2 sur les céramiques témoins et revêtues avec les deux types de revêtements

précédemment choisis. Nous avons étudié l’adsorption et la libération de la rhBMP-2 sur nos céramiques par suivi d’un traceur radiomarqué dans le laboratoire de D. Fourmy (INSERM U858). Cette étude avait, d’une part, pour but de comparer nos échantillons vis-à-vis de leur propriétés d’adsorption et de retention protéique et, d’autre part, constituait un pré-requis pour les études animales effectuées par la suite. Nous avons donc choisi les conditions expérimentales (quantité de protéine/échantillon, type de milieu de libération) en fonction de ces études futures. A l’issue de ces expériences d’adsorption protéique, un seul des deux revêtements étudiés a été conservé pour la suite du projet.

La troisième partie de notre travail a consisté à évaluer le comportement cellulaire vis-à-vis de nos matériaux in vitro. Cette partie avait deux buts principaux : 1) comparer la biocompatiblité et le potentiel de différenciation ostéoblastique de nos céramiques témoins et revêtues en utilisant des cellules progénitrices des ostéoblastes et 2) évaluer la différenciation ostéoblastique en réponse à la rhBMP-2 adsorbée sur les échantillons.

Enfin, nous avons voulu déterminer le potentiel ostéoinducteur de nos différents échantillons dans un modèle animal. Des implantations intramusculaires des céramiques témoins et revêtues en présence ou absence de rhBMP-2 ont été effectuées chez le mouton. La rhBMP-2 a été associée aux échantillons soit par la méthode de dépôt d’une solution concentrée puis séchage soit par adsorption réelle de la protéine sur les échantillons.

L’ensemble du projet a été pensé de manière à pouvoir effectuer un transfert industriel du procédé et utiliser le matériau développé pour des applications cliniques à court ou moyen terme, si les résultats obtenus le permettaient. Les expériences ont donc été réalisées dans cette optique, depuis la prise en considération des contraintes liées au transfert industriel du procédé jusqu’au choix du modèle animal et des quantités de protéines associées.

La réalisation de ce projet global a nécessité la collaboration de cinq laboratoires académiques ou cliniques et d’un partenaire industriel. La conduite du projet a été principalement réalisée par les Professeurs Pascal Swider et Christian Rey, qui ont co-dirigés cette thèse.

Les différentes équipes et leurs responsables scientifiques impliqués dans ce projet sont les suivants :

Institut Carnot-CIRIMAT-INPT-ENSIACET

Pr. Christian Rey, Dr. Christèle Combes, Dr. Sophie Cazalbou

Laboratoire de biomécanique EA3697 (UPS)

Pr. Pascal Swider, Dr. Jérôme Briot, Dr. Nicolas Bonneviale, Dr. Jean-Michel Lafosse

Etude de la perméabilité, traitement d’image pour l’histomorphométrie et acquisition d’images par µCT

INSERM U563, Département Lipoprotéines et Médiateurs Lipidiques

Dr. Fabienne Briand-Mésange, Pr. Jean-Pierre Salles

Etude de l’adsorption protéique et expériences en culture cellulaire

Service de Chrirurgie des animaux de compagnie, Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse

Dr. Didier Mathon, Dr. Sophie Palierne, Pr. André Autefage Implantation chez l’animal et étude des résultats

Département de cytologie et anatomie pathologique, CHR Rangueil

Dr. Anne Brouchet-Gomez, Pr. Marie-Bernadette Delisle Préparation et études histologiques des explants

Teknimed S.A., L’union, France

Dr. Stéphane Gonçalvès, Mr. Léonard

Soutien matériel et financier du projet et transfert industriel

En parallèle de leur contribution dans leurs domaines spécifiques de compétences, ces différents acteurs se sont impliqués dans la conception et la réalisation du projet dans son ensemble.

Ce projet a été soutenu financièrement par la région Midi-Pyrénée (dossier n°06001852) et par l’entreprise Teknimed.

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