Etude du comportement d'un implant BCP pour la réparation du septum nasal

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Sous la direction de Jean-Christophe Fricain, Dominique Stoll
Thèse soutenue le 04 mai 2010: Bordeaux 2
Le septum nasal joue un rôle prépondérant dans la croissance de l’étage moyen de la face et la physiologie ventilatoire. Sa solidité, sa rectitude et sa position sagittale sont déterminantes pour percevoir un confort respiratoire diurne et nocturne. Vulnérable aux traumatismes de part sa projection antérieure, la destruction ou l’inefficience de son squelette entraîne une demande de réparation fonctionnelle et esthétique. Dans les cas les plus sévères, le remplacement tissulaire fait appel à des volumineux greffons autologues pour lesquels la morbidité du site donneur et leurs imperfections propres restent un écueil. Pour les remplacer, certains biomatériaux ont été essayés de manière empirique sans donner de résultats fiables. Le premier objectif de notre travail été d’évaluer le comportement d’un implant phosphocalcique biphasique pour la reconstruction du septum nasal afin d’éviter ces greffons tout en répondant aux objectifs biofonctionnels locaux, au contact d’un milieu septique et susceptible d’être exposé aux particules aéroportées de l’environnement. Le deuxième objectif était d’évaluer la cytotoxicité des nanotubes de carbone à double paroi sur des cellules de l’arbre respiratoire, premier organe concerné par une exposition potentielle lors de leur fabrication. Par la suite, les résultats de ces deux sujets différents ont été utilisés de manière synergique pour répondre au troisième objectif qui était, d’évaluer l’influence des nanotubes de carbone sur la cicatrisation du septum nasal en présence ou non de l’implant phosphocalcique.
-Biomatériau
-Céramique
-Hydroxyapatite
-Phosphate tricalcique béta
-Cytocompatibilité
-Biocompatibilité
-Septum nasal
-Nez ensellé
-Cellule épithéliale
-Voie respiratoire
-Nanotubes de carbone
-Nanoparticules
The nasal septum plays a paramount role in the growth of the face and respiratory physiology. Its solidity, its straightness and its sagittal position are determining to perceive a diurnal and night respiratory comfort. Vulnerable to the traumas, the destruction or the inefficiency of its skeleton involves request for a functional and aesthetic repair. In severe cases, the tissue replacement requires large autologous grafts for which the morbidity of the donor site and their own imperfections remain a problem. To replace them, certain biomaterials were tested in an empirical way without giving reliable results. The primary goal of our work was to evaluate the behaviour of a biphasic phosphocalcic implant to repair nasal septum in order to avoid these grafts with an adapted biofunctional implant, exposed to the septic nasal content and the airborne particles of the environment. The second objective was to evaluate the cytotoxicity of the double wall carbon nanotubes on epithelial respiratory cells, first organ concerned by a potential exposure during their manufacture. Thereafter, the results of these two different subjects were used in a synergistic way to answer the third objective which was, to evaluate the influence of the carbon nanotubes on the cicatrization of the nasal septum in presence or not of the phosphocalcic implant.
-Biomaterial
-Hydroxyapatite
-Nasal septum
-Epithelial cell
-Carbon nanotube
-Respiratory tract
-Nanoparticle
-Saddle nose
Source: http://www.theses.fr/2010BOR21705/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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Université  Victor  Segalen  Bordea  ux  2
 
Année  2010   Thèse  n°   1705  
 
THÈSE  
Pour  l’obtention  du  diplôme    de
DOCTORAT  DE  L’UNIVERSITÉ  BORDEAUX  2  
 
Mention  :  Sciences,  Technologie,  Santé  
Option  :  Biologie  Cellulaire  et  Physiopathologie  
 
 
Présentée  et  sotu ene  pu bu liq uement  
Le  4  Mai  2010  
Par  Ludovic  Le  TAILLANDIER  de  GABORY  
Né  le  10  Décembre  1971  à  Bordeau  x
 
Etude  du  comportement  d’un  implant  BC  P
 pour  la  réparation  du  septum  na  sal.
Influence  des  nanotubes  de  carbo.  ne
 
Membres du Jury  
Pr  Vincent  DARROUZET ,  Bordeaux........................................................ Pré sident  
Pr  Pierre  WEISS,  Nantes  ........ Examinateur  
Pr  Laurence  BORDENAVE,  Bordeaux...................... Examinateur  
Pr  Elie  SERRANO,  Toulouse.... Rapporteur  
Pr  Roger  JANKOWSKI,  Nancy.................................Rapporteur  
Pr  Dominique  STOLL,  Bordeaux ............................. Directeur  de  thè  se
Pr  Jean-­‐Christophe  FRICAIN,  Bordeaux .................. Directeur  de  thès  e
  1    
  2  RESUME  
 
Le  septum  nasal  joue  un  rôle  prépondérant  dans  la  croissance  de  l’étage  moyen  de  la  face  et  
la   physiologie   ventilatoire.   Sa   solidité,   sa   rectitude   et   sa   position   sagittale   sont  
déterminantes  pourpe  rcevoir  un  confort  respirato  direiuern  et  nocturn.e  Vulnérable  aux  
traumatismes   de   part   sa   projection   antérieure,   la   destruction   ou   l’inefficience   de   son  
squelette  entraîne  une  demande  de  réparation  fonctionnelle  et  esthétique.  Dans  les  cas  les  
plus  sévères,  le  remplacement  tissulaifraie  t  papel  à  des  volumineux  greffons  autologues  
pour  lesquels  la  morbidi  téd  u  site  donneeut  r   leurs  imperfections  propres  restent  un  écueil.  
Pour   les   remplacer,   certains   biomatériaux   ont   été   essayés   de   manière   empirique   sans  
donner   de   résultats   fiables.pr  eLmie  er   objectidfe   notre   travail   été   d’évaluer   le  
comportement  d’un  implant  phosphocalcique  biphasique  pour  la  reconstru  cdtiu  osneptum  
nasal  afin  d’éviteesr    gc reffons  tout  en  répondant  aux  objectifs  biofonctionnels  locaux,  au  
contact  d’un  milieu  septi  qet  ususe ceptible  d’être  exposé  aux  particules  aéroportées  de  
l’environnement.   Le   deuxième   objectif   était   d’évaluer   la   cytotoxicité   des   nanotubes   de  
carbone  à  double  paroi  sur  des  cellules  de  l’arbre  respiratoire,  premier  organe  concerné  par  
une  exposition  potetinelle  lors  de  leur  fabrication.  Par  la  suite,  les  résultats  de  ces  deux  
sujets  différents  ont  été  utilisés  de  manière  synergique  pour  répondre  au  troisième  objectif  
qui  était,  d’évaluer  l’influence    des  nanotubes  de  carbone  sur  la  cicatrisation  du  septum  
nasal  en  présence  ou  non  de  l’implant  phosphocalci  que.
 
MOTS   CLES  :  biomatériau,   céramique,  hydroxyapatite,   phosphate   tricalcique   béta,  
cytocompatibili,  tébiocompatibilité,   septunasm  al,  nez   ensellé,   cellule   épithéliale,   voie  
respiratoire,  nanotube  de  ocnareb,  nanoparticul  e
 
 
 
 
 
 
  3    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  4  TABLE  DES  MATIERES  
 
RESUME ................................ ................................ ................................ .............................. 3  
LISTE  DES  ABREVIATIONS .... 9  
LISTE  DES  FIGURES .............. 11  
LISTE  DE  TABLEAUX................................ ................................ ................................ ............. 12  
INTRODUCTION  GENERALE ..13  
PARTIE  BIBLIOGRAPHIQUE ..19  
I. LE  SEPTUM  NASAL................................ ..21  
 
A. ANATOMIE  COMPAREE  DU  LAPIN,  DU  MOU TON  ET  DE  L’HOMME ....................... 22  
 
1. La  columelle ................................ ............................... 26  
2. Le  septum  membraneux ............ 27  
3. Le  septum  cartilagineux ............. 27  
4. Le  septum  osseux ...................... 32  
5. Le  socle  osseu................................x .......................... 33  
6. La  vascularisation ....................... 34  
 
B. HISTOLOGIE  COMPAREE  DU  LAPIN,  DU  MOUTON  ET  DE  L’HOMME 34  
 
1. Le  cartilage  septalle  et  péri  chondre ................................ ......................... 34  
2. La  muqueuse  respiratoire .......... 37  
a. La  sou-­‐smuqueuse  ou  lamina  propria .............. 37  
b. Les  épithéliums  de  surface .............................. 38  
3. Marqueurs  de  la  différenciation  cellulaire  épithélei  ealt  respirato.......ire 41  
 
C. PHYSIOLOGIE  NASO-­‐SEPTALE  VENTILATOIRE ......................... 47  
 
1. Organisation  des  flux  aériens  lors  de  la  reiospni................................rat ..47  
2. Répartition  et  dépôts  des  particules  inhalées ........... 50  
a. Micrométriques ................................ ............... 50  
b. Nanométriques ................ 52  
 
II. PATHOLOGIE S  NASO-­‐SEPTALES  ARCHITECTURALE S ............... 55  
 
A. LE  SYNDROME  MORPHOLOGIQUE  ET  SES  CONSEQUENCES................................ ... 55  
 
B. ETIOLOGIES................................ ................................ ............. 57  
 
1. Ontogénétique .......................... 57  
2. Traumatique .............................. 60  
3. Mixte ......... 61  
 
 
  5    
 
C. SITUATINSO  CONCERNEES  PAR  LA  REPARATION  AVEC  APPORT  DE  MATERIAUX ... 62  
 
1.        Lerasc  ftures  septales  antérieure  :  vs erticales,  horizontales,  mix.........tes62  
2. eezs  n  ensellés  polytraumatisés,  déshabit................................és ............ 63  
3. Les  perforations  septal................................es 64  
 
III. ETAT  DE  L’ART  SUR  LA  CICATRISATIPOON  TASNEE  DU  SEPTUM  NASAL............... 65  
 
A. MECANISMES  DE  REPARATION  DE  L’EPITHELIUM  RESPIRATOIRE ........................... 65  
 
B. MECANISMES  DE  REPARATION  DU  CARTILAGE  SEPTAL................................ .......... 71  
 
C. MECANISMES  DE  REPARATION  DE  L’OS  SEPTAL ...................... 73  
 
 
 
IV . ETAT  DE  L’ART  SUR  LA  REPARATION  DU  SEPTUM  NASAL  AVEC  APPORT                                                            
DE  MATERIAUX ................................ ................................ ................................ ........ 74  
 
A. LORS  D’UN  SQUELETTE  SEPTAL  ABSE  NOUT  INEFFICIENT..74  
 
1. Greffes  autologues ..................... 75  
a. Cartilage  costal .............. 75  
b. Os  pariétal................................ ................................ 76  
c. Os  iliaque ....................... 77  
 
2. Matériaux ... 79  
a. Silicone .......................... 79  
b. Polyamide ...................... 80  
c. Polyéthylène   ................. 80  
d. Polytétrafluoroéthylène  expansé  (PTFEe) ................................ ..... 82  
e. Polydioxanone................................ ............... 82  
f. Acides  polylactiques  (PLA),  acide-­‐sL-­‐  Lapol ctyiques  (PLLA  et)  
copolymères .................. 83  
g. Ingéniérie  tissulaire  cartilagineuse ................ 84  
 
B. LORS  DE  PERFORATIONS  SEPTALES ......... 88  
 
1. Réparation  prothétique................................ ................................ .............. 88  
2. Réparation  chirurgicale 88  
a. Sans  support  de  recolonisatiothn  épéliale ... 88  
b. Avec  support  de  recolonisation  épithéliale ... 89  
i. Autologues ........................... 89  
ii. Hétérologue s ....................... 91  
 
V. LE  SUBSTITUT  SEPTA  IDL  E« AL  »  :  CAHIER  DES  CHARGES................................ ........ 92  
 
  6  VI . INFLUENCE  DES  NANOPARTICULES  DE  CARBONE  DANS  LA  COMPOSITION  DE                                
L’AIR  INSPI................................RE ................................ ................................ .......... 94  
 
A. NANOTECHNOLO GIES  ET  NANOMATERIAUX ......................... 94  
 
B. CARACTERISTIQUES  ET  PROPRIETES  DES  NANOTUBES  DE  CARBONE.................... 97  
 
C. PENETRATION  ET  DEVENIR  DES  NANOPARTICULES  DANS  L’ORGANISME.............. 98  
 
                             D.      EFFETS  SUR  L’ARBRE  RESPIRATOIRE  DES  NANOTUBES  DE  CARBONE104  
 
 
OBJECTIFS  DU  TRAVAIL  DE  TSEHE ................................ ................................ ........................ 109  
 
RESULTATS................................ .......................... 115  
I. Etude  du  comportem entin  v  itro  etin  v  ivo  d’un  implant  phosphocalcique  biphas  ique
utilisé  pour  la  réparation  du  septum  na................................sal. ............................ 117  
 
A. INTRODUCTION ................................ 117  
B. ARTICLE ............ 120  
C. CONCLUSION .... 121  
 
II. Cytotoxicité  des  nanot  dubee  csarbone  à  double  paroi  suesr  d  cellules  épithélialesde  
l’arbre  respiratoire ................................ ................................ .123  
 
A. INTRODUCTION ................................ 123  
B. ARTICLE ............ 125  
C. CONCLUSION .... 127  
 
III. Evaluation  du  comportement  d’un  implant  BCP  pourec  loa  nsrtruction  du  septum  nas  al
et  la  fermeture  des  perforations  sep  detal  gesrande  tailchlee  z  le  mouton.......... 128  
 
A. INTRODUCTION ................................ ................................ ................................ 128  
B. ARTICLES .......... 129  
C. CONCLUSION .... 131  
 
IV . Influence  des  nanotubes  de  carbone  sur  la  cicatrisation  du  septum  nasal  en  présence  
d’un  implant  BCP  chez  le  mouton.  ................................ ................................ ........ 132  
 
A. INTRODUCTION 132  
B. MATERIEL  ET  METHODES ................. 133  
C. RESULTATS................................ ....... 134  
D. DISCUSSION ...... 139  
E. CONCLUSION .... 141  
 
  7    
CONCLUSIONS  ET  PERSPECTIV................................ES ................................ ......................... 143  
COMMUNICATIONS  SCIENTIFIQUES ..................... 147  
ENCADREMENT ................................ ................... 151  
BIBLIOGRAPHIE 153  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  8  LISTE  DES  ABREVIATION S  
 
ANL   Angle  Naso-­‐Labial  
BCP   Biphasic  Calcium  Phosphat  e
CK   Cytokératine  
CLI   Cartilage  Latéral  Inféri  eur
CLS   Cartilage  Latéral  Supérie  ur
CQ   Cartilage  Quadrangulai  re
Cx43   Connexine  43  
DWNT   Double  Wall  carbon  Nanotu  be
EGF   Epidermal  Growth  Facto  r
ENA   Epine  Nasale  Antérieur  e
EO,  ER,  ES,  ET   Epithélium  Olfactif,  Respiratoire,  Squameux,  Transit  ionnel
FAK   Focal  Adhesion  Kinas   e
FGF   Fibroblast  Growth  Fac   tor
GAG   Glycosaminoglycane  
GM -­‐CSF   Granulocyte-­‐Macrophage  Colony-­‐Stimulating  Fac  tor    
HA   Hydroxyapatit  e
HNEpC   Human  Nasal  Epithelial  Ce  ll
HUVECs   Human  Umbilical  Vein  Endothelial  Cel  ls  
ICAM   Intecellular  Ahedsion  Molecule  
IFN   Interferon  s
IL   Interleukine  s  
LPE   Lame  Perpendiculaire  de  l’Ethmoïde  
MAP   Mitogen  Activated  Prot  ein
MEC    Matrice  Extracellulair  e  
MMPs   Matrix  Métalloprotéases  
MUC   Mucine  
MWNT   Multiwall  carbon  Nanotu  be
NO   Monoxyde  d’azote    
NP   Nanoparticule  
NTC   Nanotube  de  Carbo  ne
OPN   Os  Propre  du  Nez  
PDGF   Platelet-­‐Derived  Growth  Fact  or
PGA   Poly(glycolic)  A  cid
PHDPE   Porous  High  Density  Polyeth  ylene
PLA   Poly(lactic  aci  d)
PLLA   Poly(-­‐Llactic  acid  
PM   PréMaxillaire    
PTFEe   Polytetrafluoroethneyl  è expansé  
PUF   Particule  Ultrafi  ne
ROS   Reactive  oxygen  speci  es
SVF   Sérum  de  Veau  Foetal  
SWNT   Single  Wall  carbon  Nanot  ube
TGF   Transforming  Growth  Fact  or
TK   Tyrosine  Kinas  e
TCP   Triphasic  Calcium  Phosphat  e
TNF   Tumor  Necrosis  Factor  
  9  UEA   Ulex  Europeus  Agglutinin  le  ctin
VEGF   Vascular  Endothelial  Growth  Fac  tor
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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