Etude de la Micro-Impression d'Eléments Biologiques par Laser pour l'Ingénierie du Tissu Osseux

Sylvain Catros

Description

Sous la direction de Fabien Guillemot, Jean-christophe Fricain
Thèse soutenue le 22 novembre 2010: Bordeaux 1
L'ingénierie tissulaire osseuse est un domaine multidisciplinaire qui vise à produire des substituts tissulaires pour la médecine régénératrice. Ce travail visait à produire des substituts osseux structurés tridimensionnels grâce à un système d'impression d'éléments biologiques par laser développé au laboratoire Inserm U577 (Projet LASIT: LASer pour L'Ingénierie Tissulaire). Les étapes de la thèse ont consisté tout d'abord à préparer des matériaux adaptés à l'impression par laser et à les caractériser au niveau physico-chimique et biologique. Il s'agissait d'hydroxyapatite nano-cristalline, de cellules humaines et d'hydrogels (alginate, matrigel). Ensuite des impressions structurées combinant ces matériaux ont été réalisées en 3 dimensions avant d'être implantés in vivo chez la souris. Les résultats ont montré que l'impression par laser d'éléments biologiques est une méthode efficace pour organiser des matériaux tridimensionnels à plusieurs composants pour l'ingénierie tissulaire.
-Ingénierie Tissulaire
-Tissu Osseux
-Micro-impression
-Laser
Bone Tissue Engineering is a multidisciplinary field which aims to produce artificial tissues for regenerative medicine. The purpose of this work was to produce three-dimensional bone substitute using a laser-assisted bioprinting (LAB) workstation developped in the laboratory INSERM U577 (TEAL Project: Tissue Engineering Assisted by Laser). The first step of the work consisted in the synthesis of specific materials for LAB and in the characterization of their biological and physico-chemical properties. We have prepared a nano-hydroxyapatite bioink, human cells bioinks and hydrogels bioinks. Then, three-dimensional materials have been prepared using LAB and have been implanted in vivo in mice. The results have shown that Laser Assisted Bioprinting is an efficient method fo patterning 3-D materials using biolgical elements.
-Tissue Engineering
-Bone
-Micro-Patterning
-Laser
Source: http://www.theses.fr/2010BOR14108/document

Sujets

• Tissu osseux

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 67
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 13 Mo

Extrait

N° d'ordre : 4108
THÈSE
PRÉSENTÉE À
L'UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES CHIMIQUES
Par Sylvain CATROS
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : GÉNIE DES PROCÉDÉS
Etude de la Micro-Impression d'Eléments Biologiques par Laser pour
l'Ingénierie du Tissu Osseux
Directeurs de recherche : Dr Fabien Guillemot; Pr Jean-Christophe FRICAIN
Soutenue le : 22 Novembre 2010
Devant la commission d'examen formée de :
M. GUILLEMOT Fabien Docteur Université de Bordeaux II Directeur
M. FRICAIN Jean-Christophe Professeur Université de Bordeaux II Directeur
M. DARD Michel Professeur Université de New York Rapporteur
M. GIRARD Patrick Professeur Université de Paris VII Rapporteur
M. JEANDOT Jacques Professeur Université de Bordeaux II Membre
M. LEPETITCORPS Yann Professeur Université de Bordeaux I Membre
M. LECOMMANDOUX Sébastien Professeur Université de Bordeaux I Membre
Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Techniques au service de l'Homme et de l'environnement2“All the lives we could live, all the people we will never know, never will be,
they are everywhere. That is what the world is“
Aleksandar Hemon
The Lazarus Project
34Merci
À Corinne et Alice;
À mes parents, ma famille et mes amis;
À mes directeurs:
Jean-Christophe Fricain pour son soutien, ses critiques constructives et son
accompagnement depuis le début de mes aventures Bordelaises;
Fabien Guillemot pour m'avoir fait confiance dès le début de ce projet, pour m'avoir guidé
dans la réalisation de ce travail et pour avoir su être plus têtu que moi;
A mes rapporteurs:
Michel Dard pour ses critiques éclairées et pour avoir accepté de siéger dans mon jury de
thèse (une seconde fois);
Patrick Girard qui m'a fait l'honneur de rapporter et de juger mon travail malgré ses
nombreuses autres activités;
À Jacques Jeandot, Président du Jury, pour avoir accepté de faire partie de ce jury, mais
aussi pour enseignement clinique et sa confiance;
A Sébastien Lecommandoux et Yann Lepetitcorps qui ont bien voulu prendre du temps
pour juger ce travail;
À Joëlle Amédée qui m'a accueilli dans le laboratoire Inserm U577 et qui m'a permis de
mener ce travail à bien;
À tout le personnel chercheurs, ingénieurs, techniciens, personnel IATOS et étudiants du
laboratoire pour leurs conseils et leur soutien technique;
Aux services et laboratoires qui m'ont accueilli pour certaines expérimentations:
• Animalerie A2, Université Bordeaux 2 (Benoit Rousseau)
• Animalerie Conventionnelle, Université Bordeaux 2 (Franck Simonnet)
• Service d'Anatomo-Pathologie, CHU de Bordeaux (Colette Deminière)
• Institut Européen de Chimie et de Biologie (IECB), Université Bordeaux 1
(Bernard Desbats)
• Insitut de Chimie de la Matière Condensée (ICMCB), Université Bordeaux 1 (Eric
Lebraud)
• Centre de Ressources en Microscopie Electronique et Microanalyse (CREMEM),
Université Bordeaux 1 (Elisabeth Sellier)
• Service Commun de Microscopie Electronique (SERCOMI), Université Bordeaux 2
• Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP), Université Bordeaux 1 (Jean-Paul
Salvetat)
5• Plateforme d'Imagerie de Bordeaux 2 (BIC)
À Anand Nandakumar, Lorenzo Moroni et Clemens van Blitterswijk (Université de Twente,
Pays-Bas) qui nous ont fourni des matériaux
Plusieurs institutions et associations ont apporté un soutien financier à ce travail:
• L'Institut Français pour la Recherche Odontologique (IFRO)
• La Fondation pour la Recherche Médicale (FRM)
• La Société Française de Biologie des Tissus Minéralisés (SFBTM)
• La Société Française du Génie Biologique et Médical (SFGBM)
• La Société Francophone de Médecine Buccale et de Chirurgie Buccale (SFMbCb)
• La Région Aquitaine
• Le Groupement d'Intérêt Scientifique (GIS) « Advanced Materials in Aquitaine »
6Table des matières
AVANT PROPOS......................................................................................................................11
INTRODUCTION....................................................................................................................13
1.L'Ingénierie Tissulaire...........................................................................................................13
1.1.Définition et concept général........................................................................................13
1.2.Champs d'application actuels et limites de l'ingénierie tissulaire « basée sur le
scaffold »..............................................................................................................................15
1.3.Les Applications cliniques de l'ingénierie tissulaire osseuse conventionnelle en
chirurgie buccale et maxillo-faciale.....................................................................................16
a)Contexte.......................................................................................................................16
b)Méthodologie de la recherche bibliographique...........................................................16
c)Critères d'inclusion et critères d'exclusion..................................................................16
d)Analyse des articles retenus........................................................................................17
e)Discussion de l'étude bibliographique.........................................................................21
f)Conclusion de l'analyse bibliographique.....................................................................25
2.La « Bio-fabrication »:..........................................................................................................27
2.1.Historique et Concepts..................................................................................................27
2.2.Méthodes pour organiser le scaffold: Prototypage rapide.............................................28
a) Stéréolithographie (SLA)...........................................................................................28
b)Frittage Sélectif par Laser (Selective Laser Sintering: SLS)......................................29
c)Impression en 3 dimensions (Three-dimensional Printing: 3DP)...............................29
d)Méthodes basées sur l'extrusion de matériau en phase plastique................................30
e)Filage de membranes sous l'effet d'un champ électrique (Electrospinning)................31
f)Combinaison de méthodes...........................................................................................32
2.3.Le Bioprinting et l'Organ Printing.................................................................................32
a)Définitions...................................................................................................................32
b)Les imprimantes à jet d'encre......................................................................................33
c)Les Micro-Seringues....................................................................................................35
d)La Microimpression d'éléments biologiques Assistée par Laser ...............................36
3.La Microimpression d'éléments biologiques Assistée par Laser (LAB)...............................37
3.1.Principe général.............................................................................................................37
3.2.Principe physique de l'éjection des gouttes par LAB....................................................37
3.3.Applications du LAB pour l'ingénierie tissulaire..........................................................41
a)Impression de Cellules.................................................................................................41
b)Impression d'autres éléments biologiques...................................................................43
4.Objectifs de la thèse..............................................................................................................45
MATERIEL ET METHODES..................................................................................................47
1.Montage expérimental pour la Micro-impression d'éléments biologiques par laser (LAB):
Station de travail LASIT...........................................................................................................48
1.1.Source Laser, Focalisation et Scanners.........................................................................48
1.2.Carrousel et Platines Motorisées...................................................................................48
1.3.Interface informatique...................................................................................................49
1.4.Préparation des lames donneu