Institut de Chimie & Biologie des Membranes & des Nano-objets • Bordeaux

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Soutenance de thèse d'Alexandre Cunha, le 20 Décembre 2014, à l’Université de Lisbonne au Portugal



Texturation multi-échelle de titane au moyen d'un laser femtoseconde pour la conception d'implants dentaires et orthopédiques

 

Résumé : Dans ce travail de thèse, la texturation de surface d’alliages de titane a été étudiée en utilisant un procédé d'écriture directe par laser femtoseconde dans le but d’améliorer la mouillabilité d’implants dentaires et orthopédiques par les fluides biologiques et la minéralisation de la matrice (formation osseuse) tout en réduisant l’adhésion bactérienne et la formation de biofilmes. Des surfaces de titane (Ti-6Al-4V et cp Ti) ont été micro-, nano-texturées par laser femtoseconde et une biofonctionnalisation de ces surfaces a été ajoutée ou non par greffage de peptides d’adhésion cellulaire (peptides RGD) en surface de ces différents matériaux.

 

Les textures de surface peuvent être classées comme suit: (a) structures périodiques de surface induites par laser (LIPSS); (b) étalage de nanopiliers (NP); (c) étalage de micro-colonnes recouvertes de LIPSS (MC-LIPSS) formant une distribution bimodale de rugosité. Nous avons montré que la texturation de surface par laser améliore la mouillabilité des surfaces avec de l'eau ainsi qu’une solution saline tamponnée Hank's (HBSS) et amène une anisotropie de mouillage. Une minéralisation cellulaire est observée pour toutes les surfaces des deux alliages de titane lorsque des Cellules Souches Mésenchymateuses humaines (hMSC) sont cultivées dans un milieu ostéogénique. La minéralisation de la matrice et la formation de nodules osseux sont considérablement améliorées sur les surfaces texturées LIPSS et NP.

 

Parallèlement, l'adhésion de Staphylococcus aureus et la formation de biofilmes sont considérablement réduites pour les surfaces texturées LIPSS et NP. La biofonctionnalisation des différentes surfaces texturées (cp Ti) par laser a été réalisée et caractérisée par spectroscopie de photoélectrons (XPS) et par microscopie à fluorescence en utilisant des peptides fluorescents. L’ensemble des résultats obtenus suggèrent que la texturation de surface d'alliages de titane (Ti-6Al-4V et cp Ti) en utilisant une technique d’écriture directe par laser femtoseconde est un procédé prometteur pour l'amélioration de la mouillabilité de la surface d'implants dentaires et orthopédiques par les fluides biologiques et leur ostéointégration (différenciation ostéoblastique et minéralisation de la matrice), tout en réduisant l’adhésion de Staphylococcus aureus et la formation de biofilmes. Enfin, la combinaison de la texturation par laser et du greffage covalent d’un principe actif (ici un peptide d’adhésion cellulaire comme le peptide RGD) amènera indéniablement une bioactivité utile pour favoriser l'adhésion des hMSC et faciliter la formation osseuse.

 

Mots clés: Lasers femtosecondes; Texturation de surface; Alliages de titane; Implants dentaires et orthopédiques; Mouillabilité; Cellules Souches Mésenchymateuses; ostéointégration; bactéries; Staphylococcus aureus; Biofilme; Biofonctionnalisation.

 

Directeur de thèse : Marie-Christine Durrieu (marie-christine.durrieu@inserm.fr, CBMN) et Rui Vilar (Université de Lisbonne)

Equipe : Morphologie, Dynamique et Fonctions d'Assemblages de Molécules Amphiphiles (Reiko Oda).



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