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Miranda Jiménez , Anamar , 1991-....

Pauthe , Emmanuel

Bédouin , Yvan , 1980-....

Gand , Adeline , 1980-....

Egles , Christophe , 19..-....

Thébault , Pascal , 1980-.... , enseignant-chercheur en chimie des polymères

Boulmedais , Fouzia , 1976-....

CY Cergy Paris Université , 2020-....

École doctorale Sciences et ingénierie , Cergy-Pontoise, Val d'Oise

Equipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellules , Cergy-Pontoise, Val d'Oise

Développement de revêtements proactifs et antibactériens pour la biointégration tissulaire d'implants biomédicaux , Anamar Miranda Jiménez ; sous la direction de Emmanuel Pauthe et de Yvan Bédouin et de Adeline Gand

Titre provenant de l'écran-titre

Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie

Partenaire(s) de recherche : ERRMECe - Equipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellules (Laboratoire)

Autre(s) contribution(s) : Christophe Egles (Président du jury) ; Emmanuel Pauthe, Yvan Bédouin, Adeline Gand, Pascal Thébault, Fouzia Boulmedais (Membre(s) du jury) ; Pascal Thébault, Fouzia Boulmedais (Rapporteur(s))

Thèse de doctorat Sciences de la vie et de la santé - Cergy CY Cergy Paris Université 2023

L intégration à long terme de dispositifs médicaux trans-tissulaires, comme les implants dentaires ou les prothèses orthopédiques transcutanées intra-osseuses, est généralement compromise par une faible adhésion entre l implant et les tissus mous environnants, créant une brèche susceptible d entrainer une colonisation bactérienne et un risque d'infections. Ces complications peuvent conduire à la perte de l implant et les coûts économiques associés sont élevés. La fonctionnalisation des surfaces par des films minces de polyélectrolytes formés par la technique Layer-by-Layer (LbL) pourrait générer une interface bifonctionnelle permettant de favoriser le dialogue matériau-cellule et l accroche des tissus mous, tout en conférant des propriétés antibactériennes empêchant la colonisation par des pathogènes.Un film mince composé de fibronectine (Fn), glycoprotéine de la matrice extracellulaire connue pour ses propriétés pro-adhésives, et d a-poly-L-lysine de faible poids moléculaire (30 résidus, PLL30) possédant des propriétés antibactériennes, a été construit par la technique LbL. Les films PLL30-Fn, favorisent l'adhésion et la prolifération de fibroblastes gingivaux humains (HGF) et présentent des propriétés antibiofilm modérées contre Streptococcus mutans (S. mutans) (-2,8 log10) et limitées contre Staphylococcus aureus (S. aureus) et Aggregatibacter actinomycetemcomitans (A. actinomycetemcomitans). Des modèles de co-culture ont montré que dans un scénario d'infection pré-implantatoire les films inhibent l adhésion bactérienne et protègent les HGF, favorisant leur prolifération. Dans un modèle d'infection post-implantatoire, les films minces n'empêchent pas la prolifération bactérienne mais diminuent la capacité de S. aureus à infecter les HGF. La fonctionnalisation d alliages de Titane a montré que la nature du matériau et sa topographie ne compromettent pas l'assemblage du film mince.L incorporation d acide poly-L-glutamique (PGA), un polyélectrolyte pur biodégradable dans les LbL associé au PLL30 n améliore pas propriétés antibactériennes du film. Le PLL30 associé au carvacrol, une molécule naturelle aux propriétés antimicrobiennes, sous forme de particules présentent une forte efficacité antibiofilms contre S. aureus en solution, en particulier lorsqu'un PLL de haut poids moléculaire (70-150 KDa) est utilisé (5,7 log10). Cependant, cet effet est perdu lorsque les particules sont incorporées dans des films à base de PGA. Enfin, l incorporation de l'antiseptique synthétique polyhexaméthylène biguanide dans les films (PLL30-PGA)(PHMB-PGA), à une concentration de 80 mg/ml, inhibe la croissance de S. aureus (-4,2 log10), et présente une action antibiofilm modérée pour A. actinomycetemcomitans (-2,6 log10) et S. mutans (1,3 log10). La cytocompatibilité de ces revêtements envers le HGF doit cependant encore être améliorée.

The long-term success of osseointegrated trans-tissular medical devices, such as dental implants and intraosseous transcutaneous amputation prosthesis, is usually compromised by a poor fixation between material and surrounding soft tissue, leading to a breach open to bacterial colonization and infection. These complications have been associated with increased morbidity and high medical costs, making this condition a major public health issue. Thin films formed by the Layer-by-Layer (LbL) technique are an attractive surface functionalization approach, since they may act as reservoir of bioactive molecules that guide cellular behavior on the material surface. In this regard, the aim of this thesis has consisted in the development of bifunctional biomimetic LbL coatings, able to enhance soft tissue integration while providing bactericidal activity to trans-tissular implants.LbL films have been built using the extra-cellular matrix glycoprotein fibronectin (Fn), due to its pro-adhesive properties, and a low molecular weight a-poly-L-lysine (30 residues, PLL30), for its intrinsic antimicrobial properties. The Fn-enriched PLL30-Fn films promoted human gingival fibroblasts (HGF) adhesion and proliferation but presented weak antibiofilm effect against Staphylococcus aureus (S. aureus) and Aggregatibacter actinomycetemcomitans (A. actinomycetemcomitans), and a moderate action towards Streptococcus mutans (S. mutans) (2,8 log10 reduction). The co-culture of both procaryotic and eucaryotic cells in a pre-implantation scenario proved that the coatings are able to inhibit bacterial adhesion and protect and boost HGF proliferation. In a post-implantation infection model, the films did not avoid bacterial colonization, but the capacity of S. aureus to invade/infect? HGF significantly decrease . LbL films were also built on two Ti alloys, proving that the material and topographic characteristics do not compromise thin film assembly.The antibacterial properties of LbL films were not improved when PLL30 was combined with poly-L-glutamic acid (PGA), a pure biodegradable polyelectrolyte. PLL was then emulsified with carvacrol, an antimicrobial essential oil, and the emulsion in solution exerted strong efficiency against S. aureus biofilms, particularly when a high molecular weight PLL (70-150 KDa) was utilized (5,7 log10). However, this effect was lost when the particles were incorporated into PGA-based films. Finally, the adsorption of a synthetic antiseptic polyhexamethylene biguanide (PHMB) within (PLL30-PGA)(PHMB-PGA) films, at a concentration of 80 mg/ml, inhibited the growth of S. aureus (-4,2 log10), and had moderate action for A. actinomycetemcomitans (-2,6 log10) and S. mutans (1,3 log10). The cytocompatibility of these coatings towards HGF should be now further enhanced.

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